Sistemas de Frenado de Vehículos: Frenos de Disco, Tambor, Hidráulicos

u n i d a d
Los frenos en el vehículo
SUMARIO
OBJETIVOS
Conceptos teóricos
·· Entender los principales parámetros teóricos que afectan a la
■
de la frenada
■
Los frenos de disco,
tambor y
■
acción de frenado de un vehículo.
·· Dominar los principales tipos de freno existentes en los vehículos:
de disco, de tambor y de estacionamiento.
estacionamiento.
·· Conocer el sistema hidráulico de freno.
El sistema hidráulico
·· Conocer los frenos de las motocicletas.
de freno
Unidad 11 - Los frenos en el vehículo
1 >> Los frenos del vehículo
Los frenos de un vehículo son, generalmente, de dos tipos:
– Frenos de disco
– Frenos de tambor
Debido a las ventajas que ofrecen los sistemas de frenos de disco, cada vez
más a menudo son estos los que se montan. Normalmente, los frenos de
tambor se utilizan hoy en día en los vehículos de gama media-baja.
1.1 > Reparto de la frenada por ejes
Aunque los vehículos suelen disponer de un freno por rueda, se debe diferenciar el reparto del peso por cada uno de los ejes (delantero y trasero).
El reparto de la frenada en un vehículo se selecciona en función de los
pesos en cada eje. De esta forma, lo más habitual es que el eje delantero,
al disponer de más peso debido al montaje del motor de combustión,
posea una mayor capacidad de frenada. El porcentaje de frenado, por lo
tanto, suele repartirse de la siguiente forma:
– El eje delantero, que suele soportar el peso del motor, dispondrá de
entre un 60 y un 70% de la frenada.
– El eje trasero, que no suele soportar el peso del motor, dispondrá de un
30 a un 40% de la frenada.
Existen compensadores y repartidores de frenada que, en función del peso
que se acumule en el vehículo, distribuyen la frenada entre los dos ejes.
1.2 > Parámetros importantes durante el frenado
En toda acción de frenado existen unos parámetros que se deben tener en
cuenta, ya que influyen en su resultado:
–F
es la fuerza que el conductor aplica sobre el pedal
de freno. Según la intensidad de dicha fuerza se obtendrá una frenada
mayor o menor.
–F
es la fuerza total que ejerce la pastilla sobre el disco
de freno.
–F
es la superficie de rozamiento del neumático con
el suelo; a mayor superficie de contacto mayor poder de frenado. Un
neumático en mal estado o una suspensión del vehículo deficiente pueden aumentar la distancia de frenado entre un 30 y un 40%.
–S
es la superficie de rozamiento de la pastilla con
el disco, o de la zapata con el tambor de freno; a mayor superficie de contacto mayor fuerza de frenado. En este parámetro influyen las dimensiones de los discos y tambores de freno, y de las pastillas y zapatas.
–C
del disco y el tambor de freno con la pastilla y
la zapata. Cuanto mayor sea este coeficiente, mayor será la fuerza de
frenado.
Tipos de frenos en los ejes
Normalmente, los frenos delanteros de
los vehículos actuales suelen ser de
disco, debido a que en ese eje es donde
se instala más habitualmente el motor.
El tipo de frenos para el eje trasero varía
en función de las características del
vehículo.
2 >> Distancia de frenado de un vehículo
Además de la distancia de frenado, en el proceso de frenado se tienen en
cuenta otros factores:
–C
son, básicamente, el estado climatológico y el
de la calzada por donde circula el vehículo.
–D
es la distancia en metros que recorre el vehículo
desde que el conductor observa el obstáculo hasta que este acciona los
frenos. Depende del estado psico-físico del conductor, que puede verse
alterado por enfermedad, el consumo de bebidas alcohólicas o estupefacientes, las condiciones visuales de la calzada, etc.
–D
es la distancia en metros desde que el conductor
observa el obstáculo hasta que el vehículo se detiene.
2.1 > Datos que influyen en la distancia de frenado
Distancia de seguridad
La distancia de seguridad es aquella
distancia entre vehículos que permite,
en caso de frenado brusco del vehículo
delantero, que el posterior se detenga
sin colisionar con él. Esta distancia
depende de la velocidad de circulación
y de las condiciones de frenado y de
adherencia de la carretera.
La distancia de seguridad aumenta con
la velocidad:
− A 50 km/h la DS es de 25 m
− A 90 km/h la DS es de 81 m
− A 100 km/h la DS es de 100 m
− A 120 km/h la DS es de 144 m
Esta distancia se duplica en superficies
mojadas.
Los principales datos para calcular la distancia de frenado de un vehículo
son los siguientes:
–F
es la fuerza aplicada por el pie
del conductor sobre el pedal de freno durante el frenado; a mayor fuerza de aplicación, mayor será la capacidad de frenado.
–A
es un elemento clave en la
distancia de frenada. Unos neumáticos en mal estado pueden elevar la
distancia de frenada entre un 15 y un 20%.
–L
a mayor velocidad de inicio de frenada del vehículo mayor distancia necesitará el mismo para
detenerse. Es muy importante tener en cuenta que la distancia de frenado no es directamente proporcional a la velocidad, es decir, si un
vehículo que circulaba a 60 km/h ha necesitado 18 m para detenerse, a
120 km/h no se parará al doble de distancia, sino que esta será bastante
mayor.
–E
si el sistema de suspensión
está en mal estado y no asegura el correcto apoyo de las ruedas sobre el
asfalto, la distancia de frenado puede llegar a aumentar hasta cerca de
un 20%.
–E
el aumento del peso hace que también aumente la
distancia de frenado.
–F
como el viento a favor, en contra o transversal
sobre el vehículo, la lluvia, la nieve, la suciedad en la calzada...
Actividades propuestas
1·· ¿Qué es la distancia de frenado de un vehículo y qué factores la determinan?
Unidad 11 - Los frenos en el vehículo
2.2 > Cálculo de la deceleración en la frenada
Si la fuerza aplicada por el conductor sobre el pedal de freno es constante, los frenos ejercerán una fuerza de frenada y una deceleración también
constantes. La deceleración se calcula con la siguiente fórmula:
a=
Para poder utilizar las fórmulas de esta
a = Deceleración en m/s2
F = Fuerza de frenada en newtons (N)
m = Masa total del vehículo en kilogramos
g = Coeficiente de aceleración (9,8 m/s2)
F
m/g
De km/ h a m/ s
página es necesario expresar la velocidad en m/s. Para pasar de km/h a m/s
solo hay que multiplicar la velocidad en
km/h por 1 000 y dividir el resultado
entre 3 600:
2.3 > Cálculo de la distancia de frenado
54 km/h = 54 ·
Con el cálculo de la distancia de frenado se puede apreciar el rendimiento
del sistema de frenos. Se calcula con la siguiente expresión matemática:
1 000
m/s = 15 m/s
3 600
e = Distancia de frenado en metros
v = Velocidad expresada en m/s
a = Deceleración en m/s2
2
e= v
2a
2.4 > Cálculo del tiempo de frenado
El tiempo de frenado es el que se necesita para la total detención del vehículo. Se calcula mediante la siguiente expresión matemática:
t=
t = Tiempo de frenado en segundos
v = Velocidad expresada en m/s
a = Deceleración en m/s2
v
a
Casos prácticos
·· Un vehículo que pesa 1 000 kg circula a 90 km/h. En un determinado momento el conductor visualiza un
obstáculo que le obliga a detener el coche, para lo que activa el freno ejerciendo una fuerza de frenada de
680 N. ¿Cuál será la distancia y el tiempo de frenado?
Solución ··
Comenzamos la resolución del problema calculando la deceleración mediante su fórmula:
a=
680
= 6,7 m/s2
1 000/9,8
A continuación, transformamos la velocidad de kilómetros por hora a metros por segundo para poder utilizar las fórmulas:
v = 90 km/h = 90 ·
1 000
= 25 m/s
3 600
Finalmente, para calcular lo que nos piden, aplicamos las fórmulas:
e=
625
252
=
= 46,64 m recorre hasta parar
13,4
2 · 6,7
t=
25
= 3,73 s tarda en parar
6,7
3 >> Freno de disco
Los frenos de disco son los frenos más utilizados en los vehículos actuales.
De hecho, en el eje delantero prácticamente siempre se montan este tipo
de frenos.
Los frenos de disco presentan las siguientes ventajas con respecto a los frenos de tambor:
– Mayor poder de frenado, ya que la distancia de frenado es inferior con
respecto a los frenos de tambor.
– Mayor estabilidad en las frenadas.
– Menor pérdida de rendimiento del frenado con el aumento de la temperatura de sus componentes.
– Mayor facilidad de montaje, lo que reduce los costes.
3.1 > Funcionamiento de los frenos de disco
Frenos sobredimensionados
En los vehículos de cierta potencia se
puede observar la sobredimensión de los
elementos de fricción y del pistón de
accionamiento de los frenos, ya que
cuanto más superficie de rozamiento
posea un sistema de freno, más eficaz
será el mismo.
El funcionamiento de los frenos de disco se basa en la fricción de dos cuerpos distintos: el disco y las pastillas de freno. El aumento del rozamiento
entre ellos produce la detención del movimiento de dicho disco, el cual se
encuentra fijado de manera solidaria a la rueda correspondiente.
Esta fricción se lleva a cabo gracias a la presión generada por una bomba
hidráulica que, debidamente canalizada por las diferentes tuberías, llega
hasta los pistones de accionamiento del conjunto, que empujan las pastillas contra el disco.
3.2 > Composición de los frenos de disco
La composición de los frenos de disco es bastante simple. Están formados
por el d
las p
y la p
de freno, dotada de los pistones de
accionamiento (figura 11.1).
Disco
Pinza
Pastillas
11.1 Partes del freno de disco.
Unidad 11 - Los frenos en el vehículo
Discos de freno
Los discos de freno son uno de los elementos de fricción en la acción de
frenado de los sistemas de freno de disco. Suelen estar fabricados con
acero aleado con cromo, ya que deben soportar elevadas temperaturas sin
sufrir deformaciones.
Práctica
Existen dos tipos básicos de discos de freno:
– Los d
– Los d
calor (figura 11.3).
que son macizos (figura 11.2).
que tienen orificios en su interior para disipar el
Los discos macizos suelen ir colocados en los ejes traseros y los ventilados
en los ejes delanteros.
Actualmente, en el diseño de los vehículos se intenta canalizar un flujo de
aire generado en la marcha para mejorar la refrigeración de los discos de
freno.
11.2 Disco de freno no ventilados.
11.3 Disco de freno ventilados.
Pastillas de freno
Las pastillas de freno son los otros elementos de fricción del sistema de frenos de disco (figura 11.4).
Son unos forros de fricción de una composición muy similar a la de los
forros de un disco de embrague. Poseen unas virutas de un componente
metálico que tiene como misión proporcionar a la pastilla una mayor rigidez mecánica.
Antiguamente, en la fabricación de las pastillas de freno se utilizaba
amianto para proporcionarles mayor rigidez y mejor disipación de la temperatura. Sin embargo, al resultar altamente cancerígeno, este compuesto
se ha dejado de utilizar.
11.4 Pastillas de frenos.
9
Pinzas de freno
Las pastillas de las pinzas flotantes
Al realizar la sustitución de las pastillas
de este tipo de pinzas se puede observar que la pastilla del lado del pistón
siempre está algo más desgastada que
la otra pastilla.
Las pinzas son los elementos que accionan los frenos de disco mediante
unos pistones que empujan a las pastillas para que friccionen con el disco.
Estas pinzas van directamente atornilladas al buje de la rueda.
Existen dos tipos distintos de pinzas de freno (figura 11.5):
–P
disponen de un único pistón de accionamiento. En el
momento en que este pistón recibe presión, su pastilla de freno presiona el disco, y esa fuerza arrastra el conjunto de la pinza de forma que la
otra pastilla presione el disco. Este tipo de pinzas suele montarse en
vehículos de poco peso como los turismos.
–P
poseen varios pistones de accionamiento en
cada lado de la pinza. De esta forma, al realizar la frenada se accionan a la
vez las dos pastillas de freno. El número de pistones dependerá del peso y
de la potencia del vehículo.
Pinza flotante
Pinza estacionaria
11.5 Funcionamiento de las pinzas de freno.
Técnica
Sustitución de las pastillas de freno
·· Para realizar una correcta sustitución de las pastillas de freno seguimos los siguientes pasos:
1. Quitamos la rueda donde se encuentra el freno en el que queremos hacer
la sustitución.
2. Sacamos los pasadores que sujetan las
pastillas a las pinzas de freno.
3. Extraemos las pastillas de freno.
4. Retraemos el pistón de freno con dos
llaves acodadas, realizando palanca
sobre la pinza (figura 11.6).
5. Colocamos las pastillas de freno en su
ubicación.
6. Realizamos el montaje del freno en
sentido inverso al desmontaje.
11.6 Retracción del pistón de freno.
Unidad 11 - Los frenos en el vehículo
4 >> Freno de tambor
Los frenos de tambor realizan el frenado gracias a la fricción que se produce entre dos elementos: las zapatas y el tambor. Dicha función se produce con la expansión de las primeras por el accionamiento de un bombín
hidráulico.
Las principales ventajas de los frenos de tambor con respecto a los de disco
son las siguientes:
– Mayor superficie de fricción de las zapatas de estos frenos que de las pastillas de los frenos de disco.
– El nivel de ruido es inferior gracias a la menor presión que ejercen las
zapatas.
– No es necesario utilizar materiales tan duros como en los frenos de disco.
4.1 > Composición de los frenos de tambor
Los frenos de tambor se componen de los siguientes elementos (figura 11.8):
–Z
son los elementos de fricción de estos frenos. Son
piezas metálicas en forma de media luna recubiertas de forros prensados en hilos de latón sujetos con remaches (figura 11.7).
es el elemento contra el que friccionan las zapatas de freno
–T
para detener las ruedas. Está fabricado con acero con alto contenido en
carbono, lo que le proporciona dureza y resistencia mecánica.
–B
es el elemento que recibe la presión hidráulica de frenado para
accionar las zapatas.
–S
en los frenos de tambor se necesita un
sistema específico que asegure que, pese al desgaste de las zapatas, estas
se encuentran siempre a la distancia correcta del tambor.
Sistema de reglaje
automático
11.7 Zapatas de freno.
Bombín
Forros
Tambor
11.8 Partes de un freno de tambor.
Zapatas
Práctica
10
Práctica
11
4.2 > La acción de frenado en los frenos de tambor
La disposición de las zapatas de los frenos de tambor provoca que, durante la acción de frenado, la zapata que se abre contra el giro del tambor se
acuñe contra él, mientras que la otra es repelida.
Sentido
de giro
La zapata que se abre contra el giro del tambor se llama z
mientras que la otra se llama z
La zapata primaria produce un mayor efecto de frenado (figura 11.9), lo
que también le genera un mayor desgaste. Por este motivo, estas zapatas
suelen presentar un mayor grosor.
El fenómeno fading
Zapata
primaria
Zapata
secundaria
11.9 Nivel de acción de cada una de
las zapatas durante el frenado.
Este fenómeno se origina en los frenos de tambor debido al aumento de la
temperatura por su uso prolongado, y ocasiona pérdidas muy notables de
rendimiento. En bajadas prolongadas donde se abusa de estos frenos,
puede llegar incluso a inutilizarlos.
4.3 > Bombín de freno
Los bombines de freno son los elementos receptores de la presión hidráulica con la que activan las zapatas de los frenos de tambor (figura 11.10).
Los bombines de freno están compuestos básicamente por los siguientes
elementos (figura 11.11):
11.10 Bombín de un freno de tambor.
– Un c
donde llega la presión hidráulica procedente de la bomba
de frenos.
– Dos p
uno para cada zapata.
– Un m
que es el encargado de mantener en la posición adecuada a
los pistones.
– Dos g
que aseguran la estanqueidad del bombín.
– Dos g
que evitan la entrada de suciedad del exterior (polvo,
agua o barro) que pueda dañar al bombín.
Lo más común es montar b
Estos bombines
tienen dos pistones de diámetro distinto, el más pequeño para la zapata
primaria y el de mayor diámetro para la zapata secundaria. De esta forma
se contrarresta el menor empuje contra el tambor que ejerce la zapata
secundaria frente a la primaria, equilibrando las fuerzas de frenado.
1 Cilindro
1
2
2 Pistones
3 Muelle
4 Guarniciones
5 Guardapolvos
4
5
11.11 Composición del bombín de freno.
3
Unidad 11 - Los frenos en el vehículo
4.4 > Sistemas de reglaje de los frenos de tambor
Debido al desgaste que sufren las zapatas por la fricción en las acciones de frenado, quedarán cada vez más lejos del tambor, lo que supone que deberán
realizar un mayor recorrido, alargando la respuesta de frenado del vehículo.
La misión que tienen los sistemas de reglaje es mantener siempre la misma
distancia entre las zapatas y el tambor con el mismo tacto del pedal de freno.
Dicho reglaje puede realizarse de forma manual o automática.
Reglaje manual
Este reglaje consta, simplemente, de dos levas, una por zapata, que al ser
apretadas manualmente aproximarán la zapata correspondiente al tambor.
Este tipo de reglajes está desfasado ya que requiere constantes visitas al
taller, algo inviable hoy en día.
Reglaje automático
Existen dos tipos básicos de reglajes automáticos en los frenos de tambor:
–R
compuesto por una bieleta, un anillo estriado y un dedo selector (figura 11.12). Cuando se produce la acción de frenado, el bombín se acciona y separa las zapatas liberando así la bieleta
que, con la separación producida por las zapatas y bajo la acción del
muelle que se ubica en la misma palanca de accionamiento que el dedo
selector, hace que este presione contra el anillo estriado obligándole a
girar un diente más. De esta forma se alarga la distancia necesaria para
suprimir la holgura excesiva y se ajustan las zapatas al tambor.
–R
compuesto por un sector dentado, una
bieleta y un rodillo dentado (figura 11.13). Su funcionamiento se basa en
que a medida que los forros se desgastan, la distancia que deben recorrer
las zapatas es mayor, por lo tanto, el rodillo se separa cada vez más de la
bieleta cuando la zapata fricciona con el tambor en la acción de frenado. Esto provoca que las zapatas ya no puedan retornar al reglaje inicial,
puesto que han pasado al diente continuo del sector dentado, quedándose de esa forma en un nuevo reglaje adecuado para el desgaste existente.
Frenada
Zapata
Dedo selector
Anillo estriado
Bieleta
11.12 Sistema de reglaje por tornillo sin fin.
Zapata
11.13 Sistema de reglaje por sector
dentado.
5 >> Freno de estacionamiento
El freno de estacionamiento, también conocido como freno de emergencia, tiene como principal misión bloquear el vehículo en el lugar de parada para mantenerlo inmovilizado. Normalmente actúan sobre las ruedas
traseras.
Al ser un freno de accionamiento manual e independiente, en situaciones
de emergencia en que fallen totalmente los frenos del vehículo, puede utilizarse para detenerlo.
El sistema del freno de estacionamiento está compuesto por los siguientes
elementos (figura 11.15):
Palanca
11.14 Palanca de accionamiento del
freno de estacionamiento en un freno
de tambor.
– Palanca de accionamiento (figura 11.14)
– Tensor del cable acerado
– Cable acerado
– Funda de protección del cable
– Horquilla
– Palanca y conjunto de muelles del mecanismo manual de los frenos de
tambor presentes en el interior del tambor de frenado (figura 11.14).
Frenos
Práctica
12
Palanca de
accionamiento
Funda de
protección
del cable
Tensor
del cable
Cable
11.15 Partes del freno de estacionamiento.
5.1 > Accionamiento del freno de estacionamiento
Botón
Empuñadura
Trinquete
Sector
dentado
Cable
11.16 Accionamiento de la palanca
del freno de estacionamiento.
Cuando el conductor quiere inmovilizar el vehículo, aprieta el botón de
la empuñadura de la palanca de accionamiento y la levanta, con lo que
arrastra con ella el cable acerado, activando la palanca de freno y produciendo así la expansión de las zapatas contra el tambor a través del conjunto de palanca y muelles de accionamiento (figura 11.16).
La palanca de accionamiento se mantiene en la posición deseada por el
conductor gracias a que dispone de un sector dentado y un trinquete de
fijación de la misma. Para quitar la palanca de la posición fijada anteriormente se vuelve a apretar el botón de accionamiento.
Unidad 11 - Los frenos en el vehículo
5.2 > Disposición del freno de estacionamiento sobre
los frenos de disco
Los frenos de estacionamiento montados sobre los frenos de disco pueden
actuar de dos maneras distintas: sobre la propia pinza de freno o como frenos de tambor.
Puntos de tensado
Accionamiento sobre la pinza de freno
Denominamos puntos de tensado del
freno de estacionamiento a los dientes
La puesta en marcha de este tipo de frenos de estacionamiento es puramente mecánica, siendo su mando de accionamiento el cable de acero
unido a la palanca. Esta palanca de accionamiento dispone de un resalte
que encaja sobre una chaveta o pieza metálica que va unida al pistón de
accionamiento del freno.
de sierra que el trinquete de la palanca
sobrepasa en su accionamiento hasta
que ofrece cierta resistencia.
Al desplazar la chaveta por la acción de la palanca, se
producirá un pequeño movimiento del pistón que
presionará las pastillas de freno contra el disco de frenado, lo que bloqueará la rueda para que el vehículo
se mantenga inmóvil.
Accionamiento mediante un sistema de tambor
En los frenos de estacionamiento montados sobre frenos de disco se puede encontrar un pequeño sistema
de freno de tambor, que utiliza como tambor la parte
interna del disco de freno (figura 11.17), y cuyos puntos
de fricción son unas zapatas de dimensiones reducidas. El accionamiento de este tipo de frenos de estacionamiento es mecánico y se lleva a cabo mediante la
acción del cable acerado como sistema de mando.
11.17 Disco de freno con tambor incorporado para el freno de estacionamiento.
Técnica
Regulación del freno de estacionamiento
·· La regulación de los puntos de tensado del freno
de estacionamiento es muy importante. El punto de
anclaje debe estar entre los 4 y los 7 puntos, ya que
por debajo de 4 los frenos quedarían muy tensados
y por encima de 7 muy destensados.
Esta regulación se realiza mediante una tuerca y su
contratuerca que se encuentran cercanas a la palanca de accionamiento (figura 11.18).
Una vez regulado el freno de estacionamiento, hay
que comprobar que las ruedas queden completamente libres cuando este no está accionado, y que
se bloquean completamente entre los puntos de
tensado 4 y 7.
11.18 Ajuste de la tuerca y la contratuerca del sistema de
freno de estacionamiento.
5.3 > Freno de estacionamiento eléctrico mediante polea
reductora
Existen otro tipo de adaptaciones en los frenos de estacionamiento que utilizan poleas reductoras empleadas por fabricantes como Ford o el grupo
Volkswagen en vehículos dotados de frenos antibloqueo (ABS).
La composición de estos sistemas se puede dividir en sensores y actuadores, como se muestra en la figura 11.19:
– En la línea verde se indican los sensores, donde 1 es el sensor de posición
del embrague y 2 es el interruptor de accionamiento de los frenos de
estacionamiento eléctrico.
– En la línea azul se representan los actuadores, donde 4 y 5 son los motores «paso a paso» de accionamiento eléctrico, 6 es el testigo luminoso de
color amarillo de los frenos de estacionamiento eléctrico, 7 el testigo
luminoso en color rojo de los frenos del vehículo y el 8, en color amarillo, el testigo de avería de los frenos eléctricos.
– Existen adaptaciones como el Autohold (interruptor 3 y testigo 9), que se
utiliza en ayudas de frenadas en pendientes. Son de tipo desconectable
por el propio conductor.
– En el medio se representa la unidad de control electrónica de los frenos
de estacionamiento eléctrico, que se comunica con la unidad de control
de los frenos antibloqueo.
1
2
3
!
6
4
7
8
9
5
11.19 Esquema del sistema de frenos de estacionamiento eléctrico por poleas reductoras.
Unidad 11 - Los frenos en el vehículo
Composición de los frenos de estacionamiento por poleas reductoras
Los frenos de estacionamiento de accionamiento eléctrico están compuestos por un émbolo de accionamiento, un motor eléctrico, una cadena o
correa de transmisión, dos poleas dentadas de accionamiento reductor y
un plato rotatorio oscilante (figura 11.20).
Poleas de
accionamiento
reductor
Motor eléctrico
Cadena o correa
de transmisión
Plato rotatorio
oscilante
Émbolo
de accionamiento
11.20 Partes del sistema de freno de accionamiento por poleas reductoras.
Funcionamiento del sistema
Cuando al motor eléctrico de accionamiento le llega una tensión procedente de la unidad de control, envía una señal al primer piñón del conjunto
reductor, que gira arrastrando la cadena de transmisión y mueve al segundo piñón del conjunto reductor. Este piñón reductor mueve un plato oscilante que posee dos salientes que sirven para su guiado y anclaje y el plato
oscilante, a su vez, actúa sobre otro piñón solidario al émbolo de accionamiento transmitiéndole un movimiento rotatorio que realiza el frenado.
La misión de este piñón oscilante es la de crear un segundo conjunto
reductor que aumente la fuerza de accionamiento de los elementos de fricción contra los discos de frenos, asegurándose, de esa forma, el perfecto
frenado de estacionamiento del vehículo.
La desconexión de la corriente eléctrica se realiza gracias a que la unidad
de control electrónica mide en todo momento la intensidad de corriente
que consume el motor eléctrico. Esta intensidad aumenta al crecer la resistencia al accionamiento del motor eléctrico y, cuando sobrepasa una
determinada cifra, la propia unidad electrónica desactiva la alimentación
de los motores eléctricos.
Para desactivar el freno de estacionamiento, la unidad de control cambiará la polaridad de alimentación al motor eléctrico, haciendo que este gire
en sentido contrario e invierta el movimiento anterior.
El funcionamiento del sistema de frenos hidráulicos y el de los frenos de
estacionamiento de tipo eléctrico es totalmente independiente, con lo cual,
los primeros no se ven afectados por los segundos.
6 >> Sistema hidráulico de freno
6.1 > Líquido de frenos
Actualmente los líquidos de frenos están compuestos de aceites minerales
o líquidos sintéticos a base de un alcohol llamado poliglicol, al que se añaden distintos aditivos para contrarrestar la degradación que sufre por los
aumentos de temperatura provocados por los propios frenos, y para disminuir los componentes corrosivos que se crean en ellos.
Los líquidos de frenos deben cumplir en su funcionamiento las siguientes
condiciones:
11.21 Operario añadiendo líquido de
frenos al sistema.
–P
Si el líquido no es sustituido periódicamente, esa temperatura bajará poco a poco
hasta convertirse en inservible, disminuyendo progresivamente la eficacia de los frenos.
–N
Si el líquido de frenos contiene
entre un 3 y un 4% de agua, la temperatura de ebullición bajará hasta
los 100 °C, con lo que perdería muchas características de uso.
–T
que no afecten a componentes como
los cauchos o las guarniciones, con los que los líquidos de frenos están
constantemente en contacto.
–P
a elevadas presiones y temperaturas de uso.
–R
de constructores de vehículos.
El líquido de frenos, según los programas de mantenimiento de los fabricantes de vehículos, deben sustituirse aproximadamente entre los 30 000
y 60 000 kilómetros de uso, o pasados 2 años desde el último reemplazo
del mismo (figura 11.21).
6.2 > Canalizaciones del sistema de freno
Las canalizaciones del sistema de freno están generalmente fabricadas de
cobre, latón o acero con bajo porcentaje de carbono, y permanecen sujetas
al chasis del vehículo mediante bridas metálicas o plásticas (figura 11.22).
En las ruedas directrices, las canalizaciones no pueden ser rígidas, ya que
estas tuberías deben permitir el giro de las mismas, por lo que se utilizan
manguitos fabricados de caucho protegidos con un revestimiento metálico o textil de gran flexibilidad.
11.22 Tramo de tubería rígida.
Todas las canalizaciones de un circuito de frenado deberán resistir presiones de entre 150 y 200 bares, pero por seguridad se fabrican con capacidad
para resistir los 300 bares de presión.
Unidad 11 - Los frenos en el vehículo
6.3 > Racores en el sistema de freno
Los racores son tornillos roscados que presionan en su parte final al ensanche que se dispone en la tubería de frenado, llamada valona, la cual encaja
perfectamente sobre el elemento receptor que dispondrá de la misma forma
geométrica que la valona de la canalización (figura 11.25). Esta unión debe
asegurar la estanqueidad del conjunto.
En la manipulación de los racores (figura 11.24) debemos utilizar siempre las
llaves de racor (figura 11.23); nunca deben utilizarse llaves fijas o llaves inglesas. Además, debemos tener la precaución de asegurar el correcto roscado del
racor, con la mano sobre el elemento receptor, y de evitar el trasroscado.
11.23 Llaves de racor.
11.24 Afloje de un racor con la llave de
racores.
11.25 Diversos tipos de racores.
6.4 > Circuitos independientes de frenado
Todos los vehículos que se fabrican en la actualidad poseen circuitos de
frenado totalmente independientes con su propia bomba. De no ser así, en
caso de fugas de líquido en cualquier punto del circuito se quedarían
inutilizados todos los frenos, con el gran riesgo que eso supondría.
La mayoría de los circuitos hidráulicos de frenos están diseñados en «X», es
decir, la rueda delantera izquierda está integrada con la rueda trasera derecha en un circuito, y la rueda trasera izquierda y la rueda delantera derecha
en otro (figura 11.25). De esta forma se consigue siempre la misma eficacia
en caso de avería, independientemente del sistema que se afecte.
Circuito de frenos 1
Circuito de frenos 2
11.26 Sistema de frenos en forma de «X».
Práctica
13
7 >> Bomba de freno
La bomba de freno se compone de los siguientes elementos (figura 11.28):
11.27 Bomba de freno.
– Un d
de líquido de frenos.
– Un c
practicado en el propio cuerpo de la bomba.
– Un p
o é
que se encuentra en el interior del cilindro y es
accionado directamente por el pedal del freno a través de la v
El pistón lleva una c
que asegura la estanqueidad
en el cuerpo del cilindro para evitar las pérdidas de presión.
– Una c
donde el pistón comprime el líquido de frenos para crear la
presión.
– El o
que comunica la cámara con el depósito.
– Distintos c
dirigidos hacia las distintas ruedas.
– Un m
tarado a una presión determinada que apoya directamente
sobre el pistón.
Orificio
de compensación
Copela
Depósito
Pistón
Cámara
Cilindro
Conducto
hidráulico
Muelle
Varilla
de accionamiento
11.28 Partes de la bomba de freno.
7.1 > Funcionamiento de la bomba de freno
En el funcionamiento de la bomba de freno hay que diferenciar dos estados diferentes:
–E
–F
cuando el conductor no pisa el pedal de freno.
cuando el conductor pisa el pedal de freno.
Estado de reposo
En estado de reposo el líquido de la cámara se encuentra a presión atmosférica, ya que el pistón no lo está comprimiendo debido a que el conductor no está pisando el pedal de freno.
Unidad 11 - Los frenos en el vehículo
Funcionamiento
Cuando el conductor pisa el pedal de freno, la varilla de accionamiento
empuja al pistón, que se desplaza por el cilindro.
Cuando la copela tape o sobrepase el orificio de compensación, será cuando
se eleve bruscamente la presión abriendo la válvula que comunica la bomba
con las canalizaciones que derivan en los mecanismos hidráulicos de frenado.
En ese momento, la presión que se ha generado se traslada a través de las
canalizaciones hasta los receptores de frenado (pistones o bombines),
accionándolos y poniendo en contacto los elementos de fricción, que dan
comienzo así a la frenada.
11.29 Bomba de freno de doble cuerpo tipo tándem.
Podemos resumir el funcionamiento de la bomba de freno en dos fases:
–P
en la que comienza la carrera del pistón, llamada «carrera
muerta», en que el orificio de compensación se encuentra abierto y el
aumento de presión es insuficiente para abrir la válvula de control que
se encuentra en la salida hacia las canalizaciones.
–S
llamada fase de frenado activo, cuando el orificio de compensación se encuentra obturado y se inicia el aumento de la presión en
el circuito hidráulico.
Cese de la frenada
Cuando el conductor suelta el pedal de freno, la acción de retroceso del
pistón de la bomba crea un vacío que reduce la presión generada en la
acción de frenado y el líquido retorna a la bomba. Así, los elementos de
fricción y sus mandos de accionamiento vuelven a su posición inicial.
7.2 > Bomba de freno de doble cuerpo tipo tándem
Las bombas de doble cuerpo se caracterizan por poseer dos pistones y dos
cámaras para poder generar dos presiones independientes (figura 11.29).
Funcionamiento de la bomba de doble cuerpo o tándem
El pistón primario es accionado
directamente por el mando de accionamiento que lo une al pedal de
freno, mientras el pistón secundario
se acciona mediante el muelle existente entre él y el pistón primario,
y por el aumento de la presión en la
primera cámara. De esta forma se
suman las fuerzas del muelle y de
la presión creada entre ambos pistones, las cuales se generan en un
mismo sentido.
Por lo demás, estas bombas actúan
independientemente con distintos
conductos de cebado de líquido
desde el depósito (figura 11.30).
Entradas de los depósitos de freno
Muelle
Muelle
Pistón secundario
Pistón primario
Tornillo tope del pistón primario
11.30 Estructura de la bomba de freno de doble cuerpo.
8 >> Frenos en las motocicletas
Igual que en el resto de los vehículos, en las motocicletas se utilizan elementos de fricción para realizar las frenadas.
Las motocicletas, al sostenerse únicamente sobre dos ruedas, necesitan sistemas de frenos que proporcionen gran estabilidad de frenada.
Los tipos de frenos utilizados en las motocicletas son los sistema de freno
de tambor y los sistema de freno de disco.
8.1 > Frenos de tambor en las motocicletas
Los frenos de tambor utilizados en las motocicletas son esencialmente
iguales que los que se montan en el resto de los vehículos.
A diferencia de los turismos, donde los frenos de tambor se instalan únicamente en los ejes traseros, existe gran variedad de motocicletas de baja
potencia donde se instalan estos frenos en la rueda delantera.
8.2 > Frenos de disco en las motocicletas
Los discos de freno utilizados en las motocicletas suelen ser ranurados,
además de poseer orificios en toda su periferia para asegurar la correcta
refrigeración de los mismos, haciendo que sean más compactos y reduciendo considerablemente su peso.
También es usual observar en motocicletas de alta potencia un doble disco
de freno en el eje delantero para aumentar la capacidad de frenada.
Incluso, en algunas motocicletas de muy alta gama se pueden llegar a
montar sistemas de frenos antibloqueo, que hacen mucho más estables y
eficaces las frenadas de emergencia (figura 11.31).
11.31 Motocicleta con doble disco de freno delantero y sistema ABS.
Unidad 11 - Los frenos en el vehículo
8.3 > Accionamiento de los frenos en las motocicletas
Además de frenos de accionamiento hidráulico, en algunas motocicletas
también se utilizan frenos de accionamiento mecánico.
Frenos de accionamiento hidráulico
Los frenos de motocicleta de accionamiento hidráulico funcionan de una
manera similar a los del resto de vehículos. La principal diferencia que
existe es que los frenos de motocicleta carecen de servofrenos y de compensadores de frenada.
Lo que sí se instala a menudo en las motocicletas son bombas de presión,
que suelen ir integradas en el conjunto de la maneta de freno, habitualmente de forma independiente en los frenos delanteros y en los traseros
(figura 11.32).
Frenos de accionamiento mecánico
Este tipo de accionamiento se utiliza principalmente en los frenos de tambor (figura 11.33), pero también existen frenos de disco que emplean este
sistema. En este último caso, el accionamiento de los elementos de freno
se realiza mediante un cable de acero, debidamente tensado y activado
por una maneta o un pedal.
11.32 Maneta de freno con bomba de
presión integrada.
Aquí, las pinzas de freno son totalmente diferentes a las pinzas de freno
hidráulicas. Constan de un pistón, al que va unida la palanca de accionamiento, y de un muelle antagonista para la recuperación de la carrera del
pistón.
8.4 > Mantenimiento de los frenos hidráulicos
de las motocicletas
De igual forma que en el resto de los vehículos, el mantenimiento del circuito hidráulico de frenos es de suma importancia para su buen funcionamiento. Para ello es necesario:
– Sustituir habitualmente el líquido de frenos según el plan de mantenimiento del fabricante.
– Observar las pérdidas de líquido de frenos por el circuito hidráulico.
– De acuerdo al comportamiento del accionamiento de la maneta de freno,
realizar un purgado de freno si existiera aire en el interior del circuito o
un mal funcionamiento de la bomba de freno.
– Revisar el estado de las pastillas y el disco de fricción, observando que
este último no presente surcos o grietas en la superficie.
11.33 Freno de motocicleta accionado por cable.
Actividades propuestas
2·· ¿Qué pautas se han de seguir para el buen mantenimiento de los frenos hidráulicos de una motocicleta?
3·· ¿Cuáles son las principales diferencias entre los frenos de disco de las motocicletas y los del resto de
los vehículos?
Actividades finales
.: CONSOLIDACIÓN :.
1·· Define los siguientes términos:
a) Distancia de frenado
b) Distancia de reacción
c) Condiciones de frenado
2·· Para calcular la distancia de frenado del vehículo, ¿qué parámetros son necesarios?
3·· ¿Qué es la fuerza de adherencia en un sistema de frenado de un vehículo? ¿Y la fuerza de ejecución?
4·· ¿Cuáles son las principales ventajas de los frenos de disco con respecto a los frenos de tambor?
5·· Existen dos tipos de discos de freno en el vehículo. ¿Qué ventajas tiene uno respecto al otro?
6·· ¿De qué se compone un conjunto de frenos de disco completo?
7·· Explica el funcionamiento de las pinzas flotantes en un sistema de frenos de disco.
8·· ¿De qué elementos están compuestos los frenos de tambor?
9·· ¿Cuál es la zapata primaria en unos frenos de tambor?
10·· ¿De qué suelen estar fabricadas las canalizaciones del sistema de frenado? ¿Cuántos bares de presión
deben soportar aproximadamente?
11·· ¿Qué es el fenómeno fading? ¿Qué efectos tiene este sobre el sistema de frenado de un vehículo?
12·· ¿Por qué se utilizan cada vez más los sistemas de regulación automática de los frenos de tambor?
13·· Indica las características que deben cumplir los líquidos de freno.
14·· Indica las partes de la bomba de freno:
.: APLICACIÓN :.
1·· Identifica sobre el vehículo los siguientes componentes:
a) Bomba de freno
d) Tornillo de regulación del freno de estacionamiento
b) Canalizaciones hidráulicas
e) Latiguillos de freno
c) Racores
f) Sistema de mando de accionamiento
2·· Un vehículo que circula a 108 km/h y pesa 1 200 kg se encuentra con un obstáculo que obliga a su conductor a pararlo completamente. Para ello, dicho conductor ejerce una presión sobre el pedal de freno que
produce una fuerza de frenada de 700 N. ¿Cuál será la distancia?, ¿y el tiempo de frenado?
Unidad 11 - Los frenos en el vehículo
Caso final
Sustitución del líquido de frenos de un circuito hidráulico
·· La sustitución del líquido de frenos debe realizarse de forma periódica, aproximadamente entre los 30 000
y 60 000 kilómetros o por periodos temporales de dos o tres años, ya que, en caso contrario, los frenos perderán eficacia de frenada y el líquido tendrá una mayor acidez atacando a retenes, juntas, etc.
Llega a nuestro taller para pasar una revisión un coche que, entre otras cosas, lleva cuatro años sin que se
le cambie el líquido de freno, por lo que es necesario proceder a dicho cambio. ¿Cómo lo llevarías a cabo?
Solución ··
Para realizar una correcta sustitución del líquido de frenos debemos seguir los siguientes pasos:
1. Subimos el vehículo a un elevador.
2. Con una bomba de succión eliminamos el líquido
del interior del depósito del líquido de frenos.
3. Rellenamos hasta arriba el depósito de líquido de
frenos nuevo (figura 11.34). En este proceso debemos tener cuidado de no derramar líquido sobre la
carrocería del vehículo, ya que es altamente
corrosivo y atacaría a la pintura.
4. Localizamos los purgadores de los cuatro frenos,
donde colocamos un capuchón de caucho unido a
una tubería transparente para observar el color
del líquido de frenos y las burbujas de aire que
pueden salir del interior.
5. Para continuar el proceso necesitaremos la ayuda
de un compañero, que deberá subirse al vehículo
para iniciar las acciones de «manchar» o apretar y
soltar el pedal de freno, para realizar la acción de
bombeo, y «sostener» o mantener el pedal pisado
a fondo mientras se cierra el purgador.
6. El proceso de purgado y sustitución del líquido será
el siguiente:
– Abriremos el purgador de un freno con una llave
de racor (figura 11.35). En ese momento diremos a nuestro compañero que «manche» y
empezará a salir el líquido de freno que nosotros observaremos por la tubería transparente.
– En cuando observemos que sale el líquido nuevo
indicamos a nuestro compañero que «sostenga»
y cerraremos el purgador abierto.
11.34 Llenado de líquido de frenos.
11.35 Apertura del purgador del freno.
Es muy importante observar el nivel de líquido de frenos cada vez que realicemos el purgado ya que, de
quedarse sin líquido, entraría aire en el circuito hidráulico lo que lo inutilizaría.
Ideas clave
Deceleración
F
m/g
a=
Cálculos de
la frenada
Distancia de frenado
e=
v2
2a
Tiempo de frenada
t=
v
a
Freno de disco
Tipos
principales
de freno
Freno de tambor
Freno de estacionamiento
LOS FRENOS
EN LOS VEHÍCULOS
Líquido de frenos
Sistema
hidráulico
Canalizaciones
Racores
Bomba de frenos
Frenos en las
motocicletas
Freno de tambor
Freno de disco
Unidad 11 - Los frenos en el vehículo
u n i d a d
Sistemas auxiliares
del freno. Averías
SUMARIO
OBJETIVOS
■
Correctores de frenado
·· Conocer los diferentes tipos de correctores de frenado.
■
Sistemas de ayuda a la
·· Entender el funcionamiento y la importancia de los sistemas de
■
frenada
ayuda a la frenada, tanto de los servofrenos como de la ayuda
Principales averías
a las frenadas de emergencia.
en los sistemas de
frenado
■
Freno de motocicletas
·· Detectar las principales averías en los sistemas de frenado.
Unidad 12 - Sistemas auxiliares del freno. Averías
1 >> Los correctores de frenado
1.1 > El peso sobre los ejes
En el diseño del circuito hidráulico de los frenos es decisivo el peso que
soporte cada eje del vehículo en cada momento. Este peso depende de los
siguientes parámetros:
–E
habitualmente
el delantero, que será más pesado que el otro.
–L
ya que al cargarlo se modifican los diferentes pesos sobre los ejes. Como no siempre se carga completamente se necesita un dispositivo que lo regule.
–L
que realice el vehículo también modifican el peso que soportan los ejes debido a la inercia: en una aceleración aumentará la carga del eje trasero, mientras que en una deceleración se incrementará la del eje delantero.
La suma de los pesos soportados por los ejes de un vehículo será la suma
total del peso del automóvil. Generalmente el eje donde se encuentra instalado el motor suele soportar entre un 60 y un 70% del peso, mientras
que sobre el otro eje recae el peso restante, es decir, entre el 30 y el 40%.
En el resto de la unidad consideraremos que el eje que soporta el peso del
motor es el delantero ya que esto es lo más común, aunque no siempre sea así.
Los dispositivos encargados de evitar el bloqueo de las ruedas del eje trasero se denominan c
1.2 > Compensador fijo
Los compensadores de frenada fijos
limitan la presión hidráulica de
salida hacia el eje que menos peso
soporta. Cuando la presión enviada
por la bomba de freno supera la presión límite marcada por el fabricante, el paso hidráulico se cierra gradualmente hacia el eje trasero.
Su funcionamiento es bastante
simple: la presión hidráulica procedente de la bomba de freno
entra al compensador y vence la
resistencia del muelle tarado, que
arrastra consigo al émbolo cerrándolo de forma gradual. Con él
también se cierran las salidas de
presión que se dirigen hacia las
ruedas traseras (figura 12.1).
Salida de presión
Émbolo
Muelle
Entrada de
presión
Salida de presión
12.1 Composición de un compensador fijo.
1.3 > Compensador integrado en los bombines del freno
Estos compensadores se sitúan directamente en los bombines del freno y
no se basan en ningún parámetro como pudiera ser la carga o la deceleración. Tienen un paso calibrado por donde entra la presión hidráulica, gracias al cual los frenos traseros funcionan a presión constante independientemente de la que mande la bomba de freno. De esta forma evitan el fácil
bloqueo de las ruedas de este eje y la consiguiente falta de tracción en
ellas.
1.4 > Compensador en función de la deceleración del vehículo
Estos compensadores basan su funcionamiento en las deceleraciones que
sufre el vehículo, en las cuales aumenta significativamente la carga sobre
el eje delantero. Se componen de los siguientes elementos (figura 12.2):
– Una b
– Un d
– La e
– El c
– Un p
– La s
perfectamente mecanizada.
para la presión hidráulica ejercida sobre la bola de inercia.
dotada de un estrechamiento.
donde se desplaza la bola de inercia.
con un asiento en el que ajusta la bola de inercia.
hacia las ruedas traseras.
Pistón
Salida de presión
Cilindro maestro
Entrada de presión
Deflector
20-25°
Bola de inercia
12.2 Composición de un compensador en función de la deceleración.
Para el funcionamiento de este compensador se necesita un ángulo de
inclinación del cuerpo de entre 20 y 25°; en esta colocación, la bola estará en la posición de reposo, siendo la presión de entrada igual que la presión de salida.
Al llegar a un cierto punto de deceleración producida por la frenada, la bola
se desplazará por la inercia hacia el asiento del pistón, aislándolo, lo que
lleva a disminuir la acción del freno trasero.
12.3 Compensador de frenada en función de la deceleración.
Así, si aumenta la presión de frenado desde el pedal del conductor, esta presión empujará al conjunto bola-pistón y se transmitirá a los frenos traseros
compensada por la acción del deflector.
Unidad 12 - Sistemas auxiliares del freno. Averías
1.5 > Compensador en función de la carga del vehículo
El funcionamiento de este tipo de
compensadores se basa en la carga
del vehículo y actúa variando el
paso del caudal de presión hidráulica al eje trasero. Este sistema
posee una unión a la carrocería por
la que se detecta si esta baja a causa
del peso, lo que modifica la posición del émbolo.
El caudal procedente de la bomba
entra en el compensador y, en función de la posición de la carrocería,
el émbolo obturará más o menos el
paso del caudal hidráulico a las
salidas hacia las ruedas traseras
(figura 12.4).
Émbolo
Entrada de presión
Salida de presión
Salida de presión
RUEDA
12.4 Compensador en función de la carga.
Técnica
Comprobación y reglaje del compensador de frenado por la carga del vehículo
·· La primera comprobación que debemos realizar en el limitador de presión es observar la no existencia de
pérdidas de líquido de frenos por el recorrido hasta llegar a la pinza de frenos. Además debemos observar
que las tuberías no presentan golpes que obturen el recorrido de la presión hidráulica.
La presión de llegada a la rueda trasera se verifica
con la ayuda de un manómetro. Para realizar la
medición procederemos a quitar el purgador de
frenos de la rueda que se desee medir e insertaremos un acople al mismo, con el que observaremos
la presión de llegada.
Es muy importante saber que los circuitos de frenos
de los vehículos actuales están dispuestos en forma
de «X», es decir, la rueda delantera izquierda y la
rueda trasera derecha frenan de forma independiente a las dos restantes.
Así, procederemos a observar la presión de las ruedas
delantera izquierda y trasera derecha, que deberá
ser entre un 25 y un 40% superior en la rueda delantera que en la trasera. A continuación realizaremos
la misma observación en las otras ruedas.
El reglaje del limitador de presión, se realiza en las
tuercas de las que dispone la varilla que incorpora el
muelle; alargándola o acortándola en función de lo
que sea necesario (figura 12.5), y haciendo así que el
limitador actúe de forma más rápida o más lenta.
12.5 Limitador de frenado por carga con la varilla de reglaje.
2 >> Sistemas de ayuda a la frenada
El principio de funcionamiento de un sistema de servofreno se basa en la
suma de tres fuerzas en un mismo sentido:
– La fuerza aplicada por el conductor en la frenada a través del pedal.
– La fuerza aplicada en una cámara por la depresión.
– La presión atmosférica que contiene otra cámara completamente estanca con respecto a la cámara de depresión.
La suma de estas tres fuerzas dará lugar a la fuerza final de la frenada que
se aplica al émbolo de la bomba hidráulica.
2.1 > Origen de la presión y la depresión de trabajo
En estos sistemas, la presión se origina por la propia atmósfera que, en
condiciones estándar, es de 1 bar. En una cámara del servofreno se encuentra esta presión.
Por otro lado, la depresión proviene, en los motores de gasolina, del propio motor de combustión: se aprovecha el vacío que provocan los pistones
en su carrera descendente en el ciclo de admisión, gracias a que se puede
controlar el flujo de gases con la mariposa de gases.
En los motores diésel, sin embargo, al no existir la mariposa de gases, el
vacío que crean los pistones al descender en el ciclo de admisión no es
suficiente para actuar en el sistema servofreno. Por lo tanto, en estos motores se utiliza como elemento generador de vacío una b
2.2 > Bomba de vacío
La bomba de vacío es el elemento generador de la
depresión necesaria para el funcionamiento de los sistemas servofreno en los vehículos con motores de combustión diésel (figura 12.6). Esta bomba recibe el movimiento que necesita directamente del árbol de levas.
Las bombas de vacío suelen estar compuestas de uno
o dos cilindros maestros por donde realizan un movimiento alternativo uno o dos pistones dotados de
unos pequeños segmentos para asegurar la estanqueidad. Estos pistones tienen la misión de realizar
el vacío necesario para el correcto funcionamiento
del servofreno.
12.6 Bomba de vacío.
Algunos sistemas de bomba de vacío intercalan un
pequeño acumulador para asegurar una capacidad
directa de vacío, evitando posibles fluctuaciones de
depresión que puedan notarse en el accionamiento del
pedal de frenos por parte del conductor.
Unidad 12 - Sistemas auxiliares del freno. Averías
Bombas de vacío con cilindros de carrera corta
Este tipo de bombas de vacío son de tamaño más reducido, dado que los
vehículos actuales necesitan optimizar el espacio debido a los numerosos
elementos que posee el motor. El tamaño más compacto se obtiene reduciendo la carrera del cilindro y aumentando considerablemente el diámetro de la cabeza de los pistones.
2.3 > Funcionamiento del servofreno
El servofreno está dotado de dos cámaras: una cámara de vacío, la más
grande, y una cámara de presión (figura 12.7).
El servofreno
con el motor apagado
Cuando se para el motor de combustión, en el interior de la cámara de
vacío se encuentra de forma estanca el
vacío creado. Por este motivo, al accionar por primera vez el pedal de freno,
no se nota diferencia en el tacto. Sin
En la cámara de vacío se integra un muelle de dimensión considerable
para la retención de la membrana en los accionamientos que se realizan
en el conjunto.
embargo, si se pisa una segunda vez, se
percibe un endurecimiento del pedal,
El servofreno posee una válvula en la cámara de vacío que se acciona por
el funcionamiento del motor o de la bomba de vacío. Esta válvula consta
de un muelle, un asiento y una bola acerada que controla la entrada de
vacío dependiendo del funcionamiento del motor del vehículo: si se ve
afectada por el vacío se despega del asiento, facilitando así la entrada del
vacío en esta cámara.
so para la detección del vehículo.
el cual reduce considerablemente la
eficacia en la frenada y resulta peligro-
Por otro lado, la cámara de presión está siempre sometida a la presión
atmosférica del exterior.
Cuando el conductor pisa el pedal de freno, se transmite el movimiento
generado en el pedal al eje del servofreno. En este momento se suman las
tres fuerzas aplicadas al eje de accionamiento de la bomba hidráulica: la
presión atmosférica, la depresión y la fuerza creada por el conductor al
accionar el pedal. El resultado de esta suma de fuerzas es lo que se transmite a la bomba de frenos para accionarla.
Válvula de
vacío
Membrana
Muelle
BOMBA DE FRENO
PEDAL DE FRENO
Cámara de presión
Cámara de vacío
12.7 Composición de un servofreno.
2.4 > Tipos de servofrenos
Básicamente existen dos tipos de sistemas servofreno de ayuda a la frenada:
– El sistema Mastervac
– El sistema Hidrovac
Sistema Mastervac
Es el más utilizado en el montaje de vehículos. En este sistema el servofreno se inserta en serie entre el pedal de accionamiento y la bomba hidráulica de frenos (figura 12.8).
Sistema Hidrovac
Su principio de funcionamiento es el mismo; la única diferencia es que no
se integra en serie entre el pedal y la bomba, sino que se puede situar en
cualquier parte del vehículo.
12.8 Servofreno Mastervac.
El fabricante lo utiliza normalmente por falta de espacio en el vano motor,
como ocurre en los camiones, donde se usa mucho esta adaptación al carecer estos vehículos de vano motor, puesto que dicho motor de combustión
va instalado detrás de la cabina.
2.5 > Averías más usuales en los servofrenos
Algunas de las averías más usuales en los servofrenos son las siguientes:
–P
que se soluciona sustituyendo
todo el servofreno.
–R
procedente del colector de admisión, que se repara sustituyendo dicho tubo de vacío del servofreno.
–M
cuya sustitución
resuelve el problema.
–H
causada por el desgaste del mando de accionamiento a la bomba. Para subsanar este problema se procederá a la sustitución del conjunto de varillaje del pedal de
freno.
–A
lo que impide su correcto funcionamiento. La causa puede ser la rotura de algún retén de la
bomba de freno. Para su reparación es recomendable sustituir dicha
bomba y el servofreno, ya que este quedará inservible tras la entrada del
líquido de frenos.
Actividades propuestas
1·· ¿Cuál es el tipo de servofreno más utilizado?
2·· Pon dos ejemplos de dónde utilizarías un servofreno Hidrovac.
3·· ¿En qué posición del vehículo se instala el sistema de ayuda a la frenada de tipo Mastervac? ¿Y el sistema Hidrovac?
4·· Comenta las averías más usuales que se dan en los servofrenos e indica en cada una de ellas el procedimiento de reparación que realizarías para subsanarlo.
Unidad 12 - Sistemas auxiliares del freno. Averías
2.6 > Sistema de ayuda a la frenada de emergencia
La misión de los sistemas de ayuda a la frenada es facilitar la misma en
situaciones de emergencia reduciendo la distancia de frenado entre un 10
y un 15%. Estos sistemas se integran dentro de las adaptaciones de los sistemas antibloqueo de freno (ABS).
El sistema de ayuda a la frenada de emergencia se compone de los siguientes elementos:
del ABS (UCE).
situado en el pedal de freno.
que ayuda en el accionamiento del freno.
, con el sistema de ayuda a la frenada instalado. Este servofreno esta dotado de un electroimán alimentado por la unidad de control
electrónica del sistema antibloqueo de frenos. Dicho electroimán va
situado en el eje de mando del servofreno hará funcionar a la bomba
hidráulica.
Funcionamiento del sistema
En el funcionamiento de un servofreno convencional actuaban tres fuerzas en un mismo sentido: la fuerza aplicada por el conductor, la depresión
en la cámara de vació y la presión atmosférica.
En este sistema se añade una cuarta fuerza comandada electrónicamente
por la unidad de control, que solo se activa cuando la unidad de control
electrónica lo determina en acciones de frenada de emergencia.
Esta cuarta fuerza procede de un electroimán que al ser accionado por la
unidad de control desplaza el eje de mando del servofreno en el mismo
sentido que el resto de las fuerzas de frenado.
El sistema incorpora un potenciómetro en el pedal de freno con el que la
unidad de control determina la fuerza y la rapidez con que se actúa sobre
el pedal de freno. Este parámetro es el que condiciona la activación del
electroimán de mando mediante la conocida como señal de miedo en la
frenada.
Técnica
Sustitución de un servofreno
·· Para realizar la sustitución un servofeno de una forma correcta debemos seguir los pasos indicados a continuación:
1. Extraemos el líquido de frenos del depósito mediante una máquina de succión.
2. Aflojamos los racores de la bomba de frenos.
3. Aflojamos los tornillos de amarre de la bomba al servofreno.
4. Aflojamos los tornillos del servofreno por la parte interior del habitáculo y lo extraemos.
5. Montamos el nuevo servofreno, procediendo en sentido inverso al desmontaje.
6. Al finalizar hemos de realizar el purgado del sistema hidráulico de freno.
3 >> Diagnóstico de averías en los sistemas
de frenado
El diagnóstico de las averías en el sistema de frenado es de suma importancia, dado que es un elemento de seguridad activo del vehículo y el único
que interviene en la detención completa del mismo.
3.1 > Frenado desigual
Los motivos principales por los que se suele producir un frenado desigual
son los siguientes:
–D
por sobrecalentamiento o golpes. Para solucionarlo se deben sustituir los discos de freno y se recomienda, a su vez,
la sustitución de las pastillas de freno.
–É
Para repararlos se procede a la sustitución completa o a la reparación parcial de los
émbolos de accionamiento.
–D
Para solucionarlo se sustituyen los correctores de frenado afectados.
3.2 > Ruidos extraños al realizar la frenada
Estos ruidos suelen ser debidos a elementos de fricción desgastados o cristalizados por sobrecalentamiento, o bien a surcos y ralladuras en los discos de frenado. Para solucionarlo se recomienda la sustitución completa
de las pastillas y discos de frenado (figura 12.9).
3.3 > No existe tacto en el pedal de freno
Este problema suele deberse a las siguientes causas:
12.9 Sustitución de las pastillas de
freno.
–P
por no respetar las sustituciones periódicas del mismo indicadas por el fabricante del vehículo. Por
lo tanto, lo que se debe realizar es una sustitución del líquido de frenos.
–E
Para resolver este
problema se debe realizar un purgado de dicho circuito.
–F
Para repararlas, se deben subsanar las pérdidas.
–R
Se
soluciona con la reparación mediante un kit de copelas o con la sustitución completa de la bomba de presión de frenado.
3.4 > Endurecimiento del pedal de freno
El accionamiento del pedal de freno suele endurecerse por alguna de las
siguientes causas:
–P
Para solucionarlo se sustituye todo el servofreno, ya que este no se puede desmontar.
–P
Para evitarlas
se debe proceder a la sustitución de la bomba de vacío.
–A
Para resolverlo se debe
proceder a la sustitución del conjunto de la pinza de freno afectada.
Unidad 12 - Sistemas auxiliares del freno. Averías
3.5 > Vibraciones en el volante al realizar la frenada
Los motivos más usuales por los que el volante suele vibrar en las frenadas
son los siguientes:
–D
Para solucionarlo se sustituyen los discos de freno afectados o se rectifican los tambores ovalados. Si los tambores están muy perjudicados se sustituirán (figura 12.10).
–H
Para corregirlas se intentan eliminar
dichas holguras y, si no se consigue, se procede a la sustitución de las
pinzas afectadas.
–H
(palieres, trapecios,
árboles, etc.). Para repararlas se intentan eliminar las holguras o se procede a la sustitución de los elementos afectados.
3.6 > Baja eficacia de los frenos
Los frenos suelen reducir su eficacia debido a los siguientes problemas:
–D
Para reparar esta avería se procederá a la sustitución de los elementos afectados.
–P
En este caso, dicho
líquido se debe reemplazar.
–A
con lo que se procederá a la sustitución
completa de la bomba o a la reparación de las copelas de la misma
mediante un kit de reparación.
12.10 Comprobación del alabeo de un
disco de freno.
3.7 > Bloqueo de los frenos
Los frenos se suelen quedar bloqueados, impidiendo que las ruedas giren
con libertad, por los siguientes motivos:
–I
debe sustituir dicha bomba.
–M
de zapatas de freno.
–A
necesario sustituirlos.
Para solucionarlo se
de su alojamiento
Para repararlo se sustituye el kit
por lo que es
3.8 > Pedal con demasiado recorrido de accionamiento
El recorrido del pedal de freno aumenta, principalmente, por una de las
siguientes causas:
–R
Para repararlo es necesario
sustituir dicho sistema de reglaje.
–R
que obliga a sustituir el conjunto completo.
–E
Para subsanarla se realiza un
purgado del circuito hidráulico de frenos.
–P
Para subsanar esta
avería se procederá al cambio completo del líquido de frenos con el posterior purgado del sistema.
Práctica
14
4 >> El frenómetro
El resultado de las verificaciones que realiza un frenómetro se indica en
dos gráficas de distinto color que señalan el rendimiento de cada uno de
los frenos de un mismo eje del vehículo.
El frenómetro consta de los siguientes componentes:
de medición de datos.
tantos como rodillos posea el frenómetro.
, por lo cual el frenómetro
constará de cuatro rodillos, accionados por los motores eléctricos.
que sirve de guía o apoyo a las ruedas
cuando se esté efectuando la prueba de frenado. Consta de un rodamiento que permite el giro libre de este rodillo.
4.1 > Principio de funcionamiento de un frenómetro
El funcionamiento del frenómetro básicamente se basa en medir el par
resistente que ofrecen los neumáticos al rodar impulsados por los rodillos,
que se crea por la acción de frenado del sistema de frenos.
Dichos rodillos están dispuestos paralelamente y son los elementos donde
se asientan las ruedas. Entre los dos rodillos existe otro más, llamado rodillo de base, que tiene el objetivo de sustentar y centrar la rueda mientras
los otros dos rodillos giran (figura 12.11).
La comprobación de la eficacia de los frenos sobre el frenómetro se realiza en las ruedas de un mismo eje, mientras que el eje no comprobado estará en contacto con el suelo.
Cabe destacar que en el eje trasero se suelen realizar dos comprobaciones,
la del freno de servicio y la del freno de estacionamiento, siendo estas
totalmente diferentes.
12.11 Rodillos de un frenómerto.
Unidad 12 - Sistemas auxiliares del freno. Averías
4.2 > Resultados del frenómetro
Cuando se observan los resultados obtenidos por un frenómetro tras el
análisis de un vehículo (figura 12.12), se deben tener en cuenta las siguientes pautas básicas:
– Una diferencia mayor de un 20% en la eficacia de frenada entre las ruedas de un mismo eje se considerará un mal funcionamiento del sistema
de frenado, ya que dicha diferencia puede crear inestabilidad durante la
frenada del vehículo.
– Normalmente, el sistema de frenos del eje delantero debe emplear entre
un 60 y un 70% de la eficacia total de los frenos, y los frenos del eje trasero entre un 30 y un 40%, debido al reparto de pesos en el vehículo.
12.12 Vehículo realizando una revisión en el frenómetro.
4.3 > Factores determinantes en la eficacia del sistema
de frenado
Los factores influyentes en el rendimiento del sistema de frenado son
todos aquellos parámetros que pueden restar eficacia a los frenos.
Los principales factores que determinan la eficacia del sistema de frenado
son los siguientes:
– Desgaste de los elementos de fricción.
– Pérdidas de líquido de frenos del circuito hidráulico.
– Mal estado o pérdida de las características del líquido de frenos.
– Defecto de funcionamiento de la bomba hidráulica o del servofreno.
– Mal estado de los neumáticos.
– Defecto de funcionamiento del compensador de frenada para el eje trasero.
– Mal funcionamiento del sistema de suspensión del vehículo.
Actividades finales
.: CONSOLIDACIÓN :.
1·· ¿Qué parámetros tienen en cuenta los fabricantes de vehículos a la hora de diseñar el sistema de frenos para instalar un corrector de frenado?
2·· ¿Cuál suele ser el reparto de pesos entre los ejes de un vehículo si este lleva instalado el motor en el
eje delantero?
3·· Explica el funcionamiento de un corrector de frenada de tipo fijo.
4·· Explica el funcionamiento de un corrector de frenada en función de la carga del vehículo.
5·· ¿Cómo se origina la depresión o vacío en el servofreno de un vehículo de gasolina? ¿Y en el de uno diésel?
6·· ¿Qué tres fuerzas se suman en el principio de funcionamiento de un servofreno?
7·· ¿De qué cámaras está compuesto un servofreno?
8·· Indica las partes de un servofreno:
9·· Explica las diferencias que existen entre un servofreno Mastervac y uno Hidrovac.
10·· Explica el funcionamiento del servofreno e indica de qué tres fuerzas se compone la fuerza final de
accionamiento de la bomba hidráulica.
11·· ¿Qué es el sistema de ayuda a la frenada de emergencia y qué ventajas fundamentales se obtienen con
este tipo de sistemas?
12·· ¿De qué elementos se compone el sistema de ayuda a la frenada de emergencia?
.: APLICACIÓN :.
1·· Encuentra y observa la ubicación del corrector de frenada en un vehículo. Para ello sigue las canalizaciones de entrada y las de salida.
Unidad 12 - Sistemas auxiliares del freno. Averías
Caso final
Comprobación de la presión de trabajo dependiendo de la altura de la carrocería
·· Comprueba las presiones de llegada a los bombines del eje trasero dependiendo del contacto de las ruedas
sobre el suelo en un vehículo dotado de los compensadores en función de la carga del vehículo.
Solución ··
Para llevar a cabo esta comprobación realizaremos tres mediciones:
– Una con las ruedas completamente en contacto con el suelo (figura 12.13).
– Otra con las ruedas totalmente en el aire (figura 12.14).
– Y la última estando las ruedas en contacto parcial con el suelo (figura 12.15).
Con estas mediciones observaremos las diferencias de presión y podremos llegar a una conclusión.
12.13 Ruedas en contacto con el suelo.
12.14 Ruedas en el aire.
12.15 Ruedas en contacto parcial con
el suelo.
Para proceder, seguimos los siguientes pasos:
1. Alzamos el vehículo con un elevador.
2. Instalamos el manómetro en el purgador, el cual aflojaremos parcialmente para la comprobación.
3. Realizamos la acción de frenada y mantenemos el pie pisado para observar la presión de llegada en los
tres casos anteriormente descritos.
4. Comprobamos en el manómetro de presión la medición en los tres casos y la comparamos con las mediciones en la otra rueda del mismo eje; la variación de presión entre las ruedas en ningún caso debe ser
mayor del 20%.
Ideas clave
Compensador fijo
Compensador integrado
en los bombines del freno
Correctores
de frenado
Compensador en función
de la deceleración del vehículo
Compensador en función
de la carga del vehículo
SISTEMAS
AUXILIARES
DEL FRENO
Mastervac
Servofreno
Sistemas
de ayuda a la
frenada
Averías en
los sistemas
de frenos
Frenómetro
Hidrovac
Sistemas de ayuda a la frenada
de emergencia
Unidad 12 - Sistemas auxiliares del freno. Averías
Este dispositivo que incorpora el sistema de frenos
antibloqueo (ABS) tiene la misión de regular la presión hidráulica de la frenada en las ruedas traseras
en función de la carga del vehículo. Con la reducción de la presión hidráulica en el circuito de frenos de las ruedas traseras cuando el vehículo va descargado, evitamos que las ruedas de este eje se bloqueen fácilmente, ya que yendo el vehículo descargado podemos decir que el contacto de los neumáticos en el asfalto es menor que yendo el vehículo
cargado e iniciándose una frenada de emergencia.
Tradicionalmente el sistema empleado en los vehículos antiguos era mecánico, pero con la introducción de la electrónica en el sistema de frenado, esta
acción la comanda la propia
unidad de control, permitiendo
ajustar de modo mucho más
preciso la cantidad de presión
hidráulica que se necesita en la
frenada del vehículo.
El principio de funcionamiento
de los repartidores de frenada
que existen en el automóvil,
tanto electrónicos como mecánicos, es regular la intensidad
de la frenada de las ruedas traseras en función de la carga que
lleve el vehículo, ya que a mayor
peso soportado sobre las ruedas
traseras, más capacidad de frenada posee el vehículo antes de comenzar la rueda a bloquearse.
Cada fabricante determina sus siglas sobre el vehículo en casi todos los sistemas actuales. A continuación se detallan las siglas que utilizan uno o varios
fabricantes a la vez. Por ejemplo Ford y el Grupo
Volkswagen (Audi, Volkswagen, SEAT y Skoda) denominan al repartidor electrónico de frenada como
EBD (Electronic Blake Distribution), mientras que el
fabricante PSA (Peugeot y Citroen) lo determina
como REF (Repartidor Electrónico de Frenada).
u n i d a d
Sistemas neumáticos
de freno
SUMARIO
OBJETIVOS
Características,
·· Conocer la composición y las características de los sistemas neu-
■
funcionamiento
y composición de los
sistemas neumáticos de
máticos de freno.
·· Entender el funcionamiento básico de los sistemas neumáticos de
freno.
freno
·· Distinguir los tipos de frenos de remolque existentes
■
Frenos del remolque
·· Conocer las principales comprobaciones que se deben realizar en
■
Averías y
comprobaciones
los sistemas neumáticos de freno.
Unidad 13 - Sistemas neumáticos de freno
1 >> Los sistemas neumáticos de freno
A diferencia de los sistemas hidráulicos de frenado, los sistemas neumáticos utilizan aire a presión que suele proceder del propio aire atmosférico,
con una presión de trabajo generada normalmente mediante un elemento
interpuesto en el sistema neumático denominado compresor neumático.
Los sistemas neumáticos se utilizan en la mayoría de los vehículos industriales, debido a su fiabilidad en el funcionamiento y a que en las largas
distancias de estos circuitos cumplen mejor las condiciones de trabajo que
un circuito hidráulico convencional.
En los frenos neumáticos no son necesarios elementos de asistencia a la
frenada como el servofreno, puesto que la fuerza ejercida por el conductor
actúa directamente sobre el caudal de aire comprimido.
1.1 > Características de los sistemas neumáticos
Separación por ejes
Para aumentar los niveles de seguridad, los sistemas neumáticos de freno
suelen estar formados por sistemas de frenado independientes instalados
en cada eje.
Frenos auxiliares
El sistema neumático de freno debe disponer de los siguientes sistemas de
frenado, añadidos al freno de servicio:
–F
que deben detener el vehículo en unas cotas
determinadas con o sin carga.
–F
que debe mantener el vehículo detenido en
pendientes de hasta un 18% de desnivel con carga en el remolque.
Eficacia de la frenada
La pérdida de eficacia de los frenos por calentamiento en los vehículos
industriales es uno de los factores que se deben tener en cuenta. Por ello,
se estipula que la eficacia de los frenos neumáticos tiene que ser:
– Superior al 80% en condiciones normales.
– Superior al 60% cuando los frenos se encuentren muy calientes por su
uso prolongado.
Disponibilidad de aire
Otra característica muy importante en los sistemas neumáticos de freno es la
necesidad de disponer de aire a presión después de varios usos continuados,
ya que el aire utilizado en cada frenada es expulsado a la atmósfera tras su
uso, de forma que en la siguiente frenada siempre se utiliza aire nuevo, a diferencia de lo que ocurre en los circuitos hidráulicos, donde el fluido usado es
siempre el mismo.
Por ello, es muy importante verificar que, tras accionar el pedal de freno
ocho veces consecutivas, se mantiene la eficacia del freno de emergencia en
todo momento.
Calentamiento del aire
Al estar expuesto el aire del sistema neumático a una compresión, este aumentará de temperatura de manera proporcional al aumento de dicha compresión.
1.2 > Parámetros significativos
En los circuitos neumáticos, dada su extensión, puesto que se suelen montar en vehículos industriales o de obras públicas, la fuerza que se aplica
sobre el elemento de frenada dependerá de los pistones de accionamiento
y de la geometría que presenta el varillaje encargado de activar los elementos de fricción.
Kilogramo fuerza
En los sistemas neumáticos es muy
común utilizar como medida de fuerza
el kilogramo fuerza (kgf) o kilpondio
Para saber la fuerza que aplica un pistón de accionamiento, se debe tener
en cuenta la presión que llega a dicho pistón y su superficie. Para calcular
esta fuerza de frenado se utiliza la siguiente fórmula matemática:
(kp), que es la fuerza que ejerce la gravedad sobre un kilogramo de masa, es
decir:
1 kgf = 9,8 newtons
F=p·S
F = Fuerza sobre el elemento de fricción
p = Presión ejercida por el aire
S = Superficie del pistón
Si se despeja correctamente esta fórmula, se puede calcular cualquiera de
las tres magnitudes que la componen: la fuerza de frenado, la presión del
aire comprimido y la superficie del pistón de accionamiento.
Casos prácticos
Cálculo de la presión de mando
·· Disponemos de un sistema de frenos con pistones de accionamiento cuya sección circular mide 20 cm2 y
su sistema neumático trabaja con presiones de entre 1 y 8 kgf/cm2:
a) ¿Cuál será la fuerza máxima y mínima que es capaz de aplicar cada pistón de accionamiento?
b) Necesitamos que los pistones de accionamiento del sistema desarrollen una fuerza de 200 kgf. ¿Podrán
hacerlo con esta configuración? Si no es así, ¿qué puedes hacer para conseguirlo?
Solución ··
a) Para calcular las fuerzas máxima y mínima que puede desarrollar cada pistón, aplicamos la fórmula con
S = 20 cm2:
– Presión mínima:
p = 1 kgf/cm2 ⇒ F = 1 · 20 = 20 kgf de fuerza mínima
– Presión máxima:
p = 8 kgf/cm2 ⇒ F = 8 · 20 = 160 kgf de fuerza máxima
b) Como hemos calculado en el apartado anterior, el valor máximo de presión es de 160 kgf, que no llega a
los 200 kgf pedidos; por tanto, tendremos que modificar el sistema para conseguirlo. Debido a que el
valor de presión no se puede aumentar, la única solución es cambiar el pistón de accionamiento neumático por otro de mayores dimensiones. Tendremos que calcular la superficie de dicho pistón para obtener
el resultado deseado, para lo que despejamos la fórmula:

200
= 25
5 cm2 de superficie del nuevo cilindro
 ⇒ 200 = 8 ⋅ S ⇒ S =
8
p = 8 kgf/cm 
F = 200 kgf
2
Hay que considerar que los fabricantes trabajan con diámetros estandarizados y se tendría que verificar
cuál de ellos se acerca más a las necesidades calculadas.
Unidad 13 - Sistemas neumáticos de freno
2 >> Funcionamiento básico de un sistema
neumático de freno
Para entender fácilmente el funcionamiento de un sistema neumático de
frenado se explica a continuación el funcionamiento del circuito de un sistema neumático de freno de tipo simplificado (figura 13.1).
1 Compresor
2 Deshidratador
3
1
3 Acumulador de presión
4
2
4 Manómetro
5 Válvula de servicio
Lámpara testigo
de presión mínima
6 Cilindro de accionamiento
7 Válvula de escape
6
+
Pedal de freno
7
5
Ruedas traseras
6
A las ruedas delanteras
13.1 Esquema de un sistema neumático de frenado básico.
Un sistema neumático básico de freno funciona de la siguiente forma:
1. El compresor es el encargado de generar la presión neumática necesaria en el sistema al recibir el movimiento del propio motor de combustión del vehículo.
2. El aire comprimido alcanza el deshidratador, cuyo objetivo es eliminar
la mayor parte del agua procedente de la humedad relativa del aire
absorbido del exterior, para aumentar la vida útil del sistema neumático de frenos.
3. Posteriormente, el aire comprimido llega al acumulador de presión,
donde se almacena una reserva importante de este aire a presión para
asegurar las sucesivas acciones de frenado realizadas por el conductor.
4. Un testigo o un manómetro indica la presión de servicio del circuito a
su llegada a la válvula del pedal de freno o válvula de servicio.
5. Una vez realizada la acción de frenado, la presión de aire es transmitida a los cilindros de accionamiento, que son los encargados de accionar
los sistemas de tambor o disco de que disponga el vehículo, realizándose así la frenada.
6. Al dejar de actuar sobre la válvula de servicio de frenado, se libera el
aire del circuito de frenos por una válvula de escape, para reactivar rápidamente los mecanismos de frenado.
Las tuberías del sistema neumático de frenado
Las canalizaciones en un sistema de frenado neumático suelen estar fabricadas
de aleaciones de cobre o acero con bajo
porcentaje de carbono, lo que hace que
puedan resistir con creces la presión de
mando, que rara vez será superior a 12
bares, sin variar su diámetro.
3 >> Constitución del sistema neumático
de freno
Un circuito de frenado con accionamiento neumático se compone de los
siguientes elementos:
– Compresor de aire
– Deshidratador
– Depósito de aire o acumulador de presión
– Regulador de presión
– Bomba anticongelante
– Decantador de aire
– Válvulas neumáticas
– Cilindros de freno
– Elementos de frenado
3.1 > Compresor de aire
El compresor recibe el movimiento del motor de combustión interna del
vehículo a través de un sistema de transmisión por correa o por engranajes. Este segundo método resulta más ruidoso, por lo que se utiliza con
menor frecuencia.
13.2 Compresor de dos pistones.
Para mantener su buen estado y funcionamiento, y evitar su gripado, es
muy importante mantener el nivel correcto de aceite lubricante del compresor, por lo que se debe prestar especial atención al nivel del mismo.
Durante la compresión del aire, el compresor se calienta. Para evitar la
pérdida de su efectividad, se le suele dotar de grandes aletas de refrigeración y, en ocasiones, incluso se refrigera su culata con el líquido refrigerante procedente del sistema que utiliza el motor de combustión.
3.2 > Deshidratador
El deshidratador del sistema neumático está formado básicamente por los
dos elementos siguientes:
– El c
donde se condensa el agua que tiene el aire comprimido procedente del compresor y el aceite que pueda ser expulsado del
mismo.
– Un f
por el que pasa el aire para ser preparado y purificado.
13.3 Deshidratador.
En este elemento también se suele instalar un rácor de salida que sirve
para utilizar aire a presión en diferentes operaciones como inflado de ruedas, limpieza de filtros, etc.
Unidad 13 - Sistemas neumáticos de freno
3.3 > Depósito de aire o acumulador de presión
Este elemento también se encarga de suavizar las fluctuaciones de caudal
de aire generadas por el funcionamiento de los cilindros del compresor.
Los acumuladores de presión suelen tener forma esférica o cilíndrica (figura 13.4). Su capacidad depende de la longitud y el diámetro interior de las
tuberías y del diámetro de los émbolos de accionamiento de los elementos
de fricción del sistema de freno.
En su parte inferior, los acumuladores disponen de unas válvulas de purga
para eliminar el agua que, por la condensación, se haya podido almacenar
en el mismo.
3.4 > Regulador de presión
3.5 > Bomba anticongelante
A temperaturas inferiores a 0 °C, las partículas de agua que contiene el aire
procedente del exterior que utiliza el sistema neumático pueden congelarse, produciendo grandes pérdidas de eficacia del sistema de frenado.
Para evitar este efecto, los sistemas neumáticos disponen de una bomba
anticongelante, accionada por aire o eléctricamente, que introduce en el
sistema un líquido anticongelante que, al mezclarse con las partículas de
agua, reduce su temperatura de congelación muy por debajo de 0 °C.
Esta bomba anticongelante se suele ubicar entre el compresor y el regulador de presión.
3.6 > Decantador de aire
La decantación se produce por centrifugado del aire comprimido en el
recipiente del decantador, donde se retienen los restos de agua y partículas metálicas generadas por el desgaste en el funcionamiento normal del
compresor o cascarillas de óxido del interior de las tuberías del sistema.
La eliminación de los restos decantados se efectúa a través de una válvula
de purga automática, cuyo accionamiento es eléctrico, gobernado por la
unidad de control que la activa de forma periódica.
El decantador se ubica entre el compresor y la válvula de seguridad.
13.4 Acumulador de presión.
3.7 > Válvulas neumáticas
El sistema neumático de freno posee una gran cantidad de válvulas con
funciones específicas.
Válvula de protección cuádruple
La presión neumática asegurada en caso de avería debe ser suficiente para
poder detener el vehículo con cierta seguridad y rapidez.
Válvula de freno de servicio
Válvula correctora de frenado
En los sistemas neumáticos, la corrección de frenada se consigue mediante la actuación sobre la presión del propio sistema, lo que asegura una desaceleración óptima del vehículo. Esta corrección, que también se contempla en los sistemas hidráulicos de los turismos, adquiere aquí una mayor
relevancia puesto que en vehículos de tipo industrial la variación de la frenada en función de la carga es muy acusada.
Al igual que ocurre en los compensadores en función de la carga de los
turismos, los correctores de frenada neumáticos, esencialmente, van fijados al chasis y, mediante un conjunto de varillas unidas al eje correspondiente, dirigen la acción sobre la válvula de servicio.
Válvula de freno del remolque
Esta válvula puede ser accionada por el conductor para obtener diferentes
potencias de frenado.
Válvula de mando del remolque
Esta válvula está alimentada por el sistema neumático del vehículo de
forma constante, pero los remolques disponen de un sistema de emergencia de frenada para hacer frente a la falta de alimentación de aire o a otro
posible fallo.
Unidad 13 - Sistemas neumáticos de freno
3.8 > Cilindros de freno
Para accionar los cilindros, se rellenan con aire a presión que desplaza los
pistones que se encuentran en su interior. Estos empujan los mecanismos
de varillaje, que actúan a su vez sobre los elementos de fricción del freno.
Cuando cesa la entrada de aire, los cilindros se mantienen activados con
una potencia de frenado determinada. Al terminar la acción de frenado,
los cilindros son vaciados y sus pistones retornan a la posición de reposo,
ayudados por unos muelles (figura 13.5).
El sistema de frenos antibloqueo (ABS), con que se dota a la mayoría de los
vehículos pesados, actúa sobre la cantidad de aire que reciben los cilindros de
forma análoga a su forma de actuar en los sistemas hidráulicos de freno.
13.5 Actuación de un cilindro de freno.
3.9 > Elementos de frenado
Al igual que en los sistemas hidráulicos de freno, los elementos de frenado en los sistemas neumáticos pueden ser de disco y de tambor. El uso de
cada uno de ellos depende fundamentalmente del trabajo que vaya a desempeñar el vehículo:
– Para obras públicas se suelen instalar frenos de tambor (figura 13.6), ya
que presentan mayor durabilidad y fiabilidad, dado que el tambor aísla
el conjunto de frenado del polvo, la tierra, etc. elementos muy abundantes donde suelen trabajar este tipo de vehículos.
– Los sistemas de freno de disco (figura 13.7) suelen utilizarse en vehículos destinados al transporte de mercancías o personas por carretera.
El mantenimiento de los elementos de frenado es el mismo que en los circuitos de freno con acción hidráulica.
13.6 Freno neumático de tambor.
13.7 Freno neumático de disco.
4 >> Frenos de remolque
Los vehículos que pueden arrastrar un remolque en muchos casos están
obligados a dotarlos de sistemas de frenado que faciliten la detención del
conjunto vehículo-remolque.
Existen dos tipos básicos de frenos de remolque:
–M
para remolques de pequeñas dimensiones.
–N
para el resto de usos, como vehículos de transporte de mercancía, obras públicas, etc.
4.1 > Sistema mecánico de frenado en remolques
3
2 1
En los remolques de poco peso destinados principalmente al enganche en
turismos, se suelen montar frenos mecánicos para ayudar al conjunto a
detenerse.
La frenada se realiza con un sistema de accionamiento mecánico acoplado
en la lanza del enganche del vehículo con el remolque.
5
6
2
≈ 20 cm
Horquilla
1 Enganche del remolque
2 Barra de tracción
3 Mecanismo de frenado por inercia
4 Varilla del sistema de freno
5 Palanca del sistema de freno
6 Leva de frenado
13.8 Sistemas mecánicos de accionamiento de freno de remolque.
El remolque puede efectuar su frenada de forma totalmente mecánica por
dos sistemas bien diferenciados denominados frenado por inercia y frenado por caída (figura 13.8).
Frenado por inercia
El mecanismo de frenado por inercia es de tipo elástico y se sitúa sobre la
argolla de enganche del remolque y la barra de tracción. Este mecanismo
mueve una varilla y una palanca para que actúen sobre las levas de accionamiento mecánico de las zapatas de los frenos.
Frenado por caída
En el sistema de frenado por caída se utiliza el peso del enganche para mover
hacia abajo el conjunto de varillas y actuar de esa forma sobre las levas de
accionamiento mecánico de los elementos de frenado, cuando el remolque
se ve empujado por la inercia producida al frenar el vehículo.
4.2 > Sistema neumático de frenado en remolques
Los remolques de vehículos industriales deben realizar una frenada proporcional a la que realiza el vehículo. Además, es imprescindible que dispongan de una cantidad de aire de reserva propia para su accionamiento,
para asegurar una frenada del remolque lo más rápida y eficaz posible
en caso de fallo del sistema o de la rotura del enganche con el vehículo
tractor.
Los sistemas neumáticos de freno de los remolques se suelen componer de
un depósito, una válvula relé de emergencia, cilindros de frenado neumático, alimentación del remolque (rojo) y freno de servicio (amarillo).
A su vez, estos remolques llevan un mecanismo de freno de estacionamiento con mandos totalmente mecánicos. Los nuevos remolques utilizan
los cilindros de frenado de muelle como el resto de los frenos de estacionamiento neumáticos.
Unidad 13 - Sistemas neumáticos de freno
5 >> Ralentizadores
A causa del gran peso que soportan, en los vehículos industriales, y
especialmente en los encargados del transporte de mercancías o personas, los elementos de frenado están expuestos a una fatiga extra, lo que
les puede llevar a disminuir e incluso eliminar por completo su capacidad de frenado.
Por este motivo se han desarrollado diferentes sistemas que realizan
reducciones de velocidad, eliminando así parte del trabajo a los elementos
de frenado de este tipo de vehículos. A estos elementos se les denomina
Los ralentizadores más utilizados, clasificados según su accionamiento,
son los siguientes:
– Ralentizador de escape
– Ralentizador eléctrico
– Ralentizador hidráulico
5.1 > Ralentizador de escape
Físicamente, los motores de combustión no son muy distintos de un compresor de pistón. Su diferencia fundamental radica en que el motor gira
gracias a las explosiones producidas en su interior por un combustible,
mientras que un compresor simplemente comprime aire movido por un
motor externo.
Por tanto, si a un motor de explosión se le limita la cantidad de gases de
escape que puede expulsar, se frenará la evacuación de estos gases, aumentando así la presión en los cilindros y ralentizando el motor, lo que producirá un efecto de freno.
Si a esta acción le añadimos el corte de alimentación de combustible, en
realidad se está haciendo que el motor del vehículo funcione como un
gran compresor, obteniendo un par resistente en la transmisión y, por
tanto, frenando el conjunto del vehículo gracias a la compresión del aire,
sin que se produzca ninguna explosión de trabajo.
Para conseguir este efecto, los vehículos industriales van dotados de una
mariposa, semejante a las existentes en los carburadores, que obtura la
salida de los gases en el colector de escape. Esta mariposa puede ser accionada mecánicamente mediante el sistema neumático, o con motores eléctricos paso a paso. Con la gestión electrónica de los motores se está sustituyendo cada vez más el accionamiento mecánico por el gestionado electrónicamente.
El gran inconveniente de este tipo de sistema es el aumento de temperatura de los gases, que se produce por el trabajo de compresión del aire y, por
tanto, del motor.
Por este motivo, su uso debe ser racional por parte del conductor siendo
imprescindible verificar que la apertura de la mariposa es completa durante la marcha normal del vehículo para que el motor ofrezca sus máximas
prestaciones.
La acción de frenada ineficiente
Un claro ejemplo de acción de frenada
ineficiente se puede observar en un
exceso de temperatura de las zapatas
de frenado denominado fading, que se
explica en la unidad 11.
5.2 > Ralentizador eléctrico
El ralentizador eléctrico se basa en la acción del campo magnético que
generan dos electroimanes cuando se hace girar un elemento circular,
llamado rotor conductor metálico, fijado al sistema de transmisión del
vehículo:
13.9 Estator.
– Si los electroimanes no reciben corriente eléctrica, el rotor gira sin
ningún tipo de impedimento movido por el sistema de transmisión
del vehículo.
– Si los electroimanes reciben corriente eléctrica, en el campo magnético creado entre los dos electroimanes se produce una fuerza sobre el
rotor en sentido contrario del giro del mismo frenándolo, lo que frena
a su vez el elemento de la transmisión del vehículo al que está fijado,
que puede ser:
• La propia transmisión, fijado al chasis del vehículo
• La salida de la caja de cambios
• La entrada del tren trasero
La fuerza que se opone al giro es mayor cuanto mayor sea la intensidad de
la corriente eléctrica que alimente a los electroimanes, lo que provoca un
mayor efecto de frenado en el vehículo.
Los ralentizadores eléctricos están compuestos, principalmente, por los
siguientes elementos:
–E
es la parte fija que alberga las bobinas de excitación y los rodamientos de la transmisión (figura 13.9). Es el encargado de crear el
campo magnético que actuará sobre el rotor.
–E
está formado por dos platillos movibles unidos al elemento de
transmisión y otro conjunto de platillos de acoplamiento. Este elemento es el que gira y transmite la ralentización al vehículo.
El control sobre este tipo de ralentizador lo efectúa el propio conductor de
forma progresiva, dependiendo de los requerimientos de la conducción.
Generalmente tiene cuatro posiciones de funcionamiento, lo que dosifica
el nivel de ralentización aportado por este tipo de sistemas ralentizadores.
También podemos encontrar ralentizadores de accionamiento eléctrico de
más de cuatro posiciones de activación, llegando incluso a utilizarse mandos de accionamiento de hasta seis posiciones.
Este tipo de ralentizadores no suelen utilizarse en los vehículos industriales actuales, sin embargo sí se aplicaron en vehículos de este tipo hace
unos años.
Actividades propuestas
1·· Comprueba, en un ralentizador eléctrico real, la tensión y las intensidades eléctricas en sus diferentes
niveles de actuación que, como se ha indicado, puede poseer entre 4 y 6 posiciones de accionamiento.
Compara las comprobaciones obtenidas con las que se indicaban en el manual de reparación del ralentizador del fabricante.
Unidad 13 - Sistemas neumáticos de freno
5.3 > Ralentizador hidráulico
Los ralentizadores hidráulicos (figura 13.10) están constituidos por un
rotor y un estator ubicados en el interior de un cárter lleno de aceite, y su
principio de accionamiento es similar al de un embrague hidráulico.
El rotor del ralentizador se une al árbol de transmisión mientras que el
estator se une al cárter. Mediante el movimiento transmitido por el árbol
de transmisión, el rotor gira y mueve el aceite contenido en el interior del
ralentizador. Este movimiento de aceite es frenado por las diversas cámaras que posee el estator y, a su vez, este frenado se comunica a la transmisión del vehículo y, como consecuencia, este último es frenado.
El aceite con el que trabaja el ralentizador se extrae del cárter del propio
vehículo, pasa por un filtro para ser depurado de impurezas y, de ahí, llega
finalmente al sistema del ralentizador hidráulico.
Dependiendo de la acción del conductor y de la señal recibida de la unidad electrónica de control, el ralentizador se llena de la cantidad de aceite precisa para obtener el par resistente de frenado.
Las ventajas de este tipo de ralentizadores son las siguientes:
– Tiempo corto de respuesta del frenado.
– Menor peso del conjunto.
– Temperaturas de uso más bajas.
– Posibilidad de velocidad constante en descensos de puertos o pendientes
prolongadas.
13.10 Ralentizador hidráulico.
Los ralentizadores hidráulicos han sustituido prácticamente por completo a los eléctricos.
Según la ubicación del ralentizador hidráulico en el vehículo, estos se
denomina frenos primarios o frenos secundarios.
Freno primario
El ralentizador hidráulico de tipo freno primario se encuentra situado
entre el motor y la caja de velocidades (figura 13.11). Presenta las siguientes ventajas frente al secundario:
– Volumen reducido.
– Realización de la función de embrague.
– Pequeñas pérdidas de potencia en vacío.
– El frenado que aplica es inversamente proporcional a la velocidad del
vehículo.
Pero, además, presenta los siguientes inconvenientes:
– Se utiliza únicamente en cajas de cambios automáticas, con el sobrecoste que esto representa.
– No actúa en posición neutral (punto muerto) o con el motor fuera de
servicio.
13.11 Ralentizador hidráulico de tipo freno primario.
Freno secundario
El ralentizador hidráulico de tipo freno secundario se ubica entre la caja
de velocidades y el puente trasero del vehículo.
Las ventajas más importantes de este sistema son:
– Posibilidad de instalación en cualquier vehículo dotado de un motor
con refrigeración líquida.
– Posibilidad de ser instalado como accesorio o elemento no original del
vehículo.
– Actúa aunque se produzca un fallo en la gestión electrónica.
Por otro lado, presenta los siguientes inconvenientes:
– Alta complejidad de instalación y regulación.
– Gran volumen, lo que supone un elevado número de kilos agregados al
vehículo
– Produce pérdidas de potencia en vacío, a la vez que, a velocidades reducidas, el efecto de frenado también es bajo.
Unidad 13 - Sistemas neumáticos de freno
5.4 > Verificaciones en los ralentizadores
Para su correcto mantenimiento, los ralentizadotes precisan de una serie de
verificaciones que variarán según sean de escape, eléctricos o hidráulicos.
Verificaciones en los ralentizadores de escape
Las verificaciones que es conveniente realizar en los ralentizadores de
escape son las siguientes:
–E
Esta verificación la realizará directamente el operario
moviéndolo.
–L
si el
accionamiento es neumático. La verificación se realizará desconectando
la tubería de alimentación o comprobando el vacío mediante un manómetro de mando.
–L
si es de accionamiento eléctrico.
La verificación se realizará mediante un polímetro (intensidad-voltaje).
Verificación en los ralentizadores eléctricos
Las verificaciones que se realizan más habitualmente en los ralentizadores eléctricos son las siguientes:
– La alimentación eléctrica del conjunto del freno ralentizador.
– El bobinado del estator del conjunto del freno eléctrico, en cuanto a
resistencia y continuidad.
– El bobinado del rotor, en cuanto a resistencia y continuidad.
– El aislamiento eléctrico del conjunto, comprobando que derive a masa.
– Las tolerancias impuestas por el fabricante en el montaje del conjunto.
– El estado mecánico de los rodamientos.
Verificación en los ralentizadores hidráulicos
En los ralentizadores de tipo hidráulico se verifican los siguientes puntos:
–E
Es de gran importancia que el aceite se encuentre en unas condiciones óptimas para el buen
funcionamiento del sistema.
–E
La cantidad de aceite
que se introduce en el ralentizador depende de las necesidades de
efecto de frenado que precise el conductor. La verificación de estos sistemas debe realizarse con la máquina de diagnosis (figura 13.12) en el
apartado «Transmisiones».
–E
Se trata de una inspección visual y técnica, fundamentalmente del estado de los álabes del
conjunto rotor-estator.
13.12 Conexión de una máquina de
diagnosis a un vehículo industrial.
Actividades propuestas
2·· ¿Cuáles son las principales verificaciones que se deben realizar en los ralentizadores hidráulicos?
6 >> Averías y comprobaciones en el sistema
neumático de freno
Las averías en un sistema de freno de tipo neumático se pueden dividir en
averías mecánicas y averías procedentes del circuito de frenado.
6.1 > Averías y comprobaciones mecánicas
Las averías mecánicas en un sistema neumático de frenos se centran principalmente en el estado de los elementos de frenado, bien sean de tambor
o de disco.
Desgaste prematuro
Este tipo de avería se verifica por el espesor del forro del elemento de fricción. La comprobación y la reparación se realiza de la misma forma que
en los sistemas hidráulicos de freno.
Desgaste desigual
Las averías en los elementos de
fricción
Las averías en los elementos de fricción
de un sistema de mando neumático son
prácticamente las mismas que las que se
dan en los sistemas hidráulicos de freno.
En estos casos se observa un desgaste desigual entre los elementos de fricción de un mismo eje.
Esta comprobación es visual y se deberá efectuar sobre los frenos de disco,
ya que la zapata primaria de freno posee un forro ligeramente sobredimensionado.
Este desgaste desigual puede producirse por una diferencia de presión
entre ambos elementos de frenado de un mismo eje.
Vibraciones en el frenado
Las vibraciones durante el frenado pueden producirse principalmente por
el alabeo del disco o el ovalamiento del tambor de freno.
La comprobación de estos problemas se realizará de la misma forma que
en los sistemas hidráulicos de freno y la reparación, mediante la rectificación o sustitución del tambor o del disco de freno.
Ruido en la frenada
Este ruido se produce cuando entran en contacto los
elementos de fricción al accionar el pedal de frenado.
El ruido es producido por la cristalización del elemento de fricción o por la interposición de suciedad entre
dichos elementos de fricción. La cristalización de un
elemento de fricción es el endurecimiento de la superficie del mismo por los cambios bruscos de temperaturas a los que ha estado sometido.
Además de ruido, la cristalización también produce
una bajada de rendimiento del elemento de frenado.
13.13 Comprobación del sistema de freno de disco neumático.
Para su reparación se procede a la sustitución o el lijado de la superficie de contacto, siendo esto último
menos recomendable por su menor efectividad.
Unidad 13 - Sistemas neumáticos de freno
6.2 > Averías y comprobaciones neumáticas
Las averías y comprobaciones neumáticas pertenecen al sistema de accionamiento de este tipo de frenos, desde el elemento generador de presión
hasta el cilindro de freno.
Si no se dan las presiones de trabajo adecuadas en los cilindros de accionamiento puede ser debido a una fuga en el sistema, a la obstrucción de
las válvulas de regulación, a conexiones en mal estado interior, etc.
La herramienta principal para realizar este tipo de verificaciones será el
manómetro, con los acoples de presión correspondientes, y se deberán tener
claros los puntos de comprobaciones del circuito. La capacidad de medición
de estos manómetros será, aproximadamente, de hasta 12 bares. No obstante, es conveniente consultar en el manual del fabricante el valor de trabajo
que tiene la presión de frenada, para utilizar el manómetro adecuado.
Comprobaciones previas en el sistema neumático
Antes de realizar cualquier prueba con el manómetro en sistemas de frenado
neumático, se deben verificar ciertos valores iniciales de dicho sistema para
detectar si el fallo existente es de generación o de recepción de aire a presión.
En función del tipo de vehículo se actuará de un modo diferente:
–V
La conexión del manómetro se realiza en el
depósito acumulador para verificar:
• La presión de la desconexión del compresor neumático por la activación de la válvula de seguridad de presión.
• La presión de servicio para la frenada en el acumulador.
• La presión de reconexión del compresor al bajar la presión del umbral
determinado por el fabricante en el acumulador.
–R
La conexión del manómetro se realiza en
las partes del vehículo donde se conectan las tuberías de alimentación del semirremolque, y se verifica
en ese punto la presión de alimentación que recibe
dicho semirremolque en la toma roja de alimentación que posee el mismo (figura 13.14).
Comparación
de las comprobaciones
Todos los valores obtenidos de las lecturas realizadas en las comprobaciones
deben ser contrastados con los valores
teóricos que indica el manual del fabricante del vehículo.
La presión residual
La presión residual es de la que dispone el vehículo en
caso de fallo del sistema. En caso de emergencia esta presión debe permitir realizar una frenada segura y eficazmente durante un periodo de tiempo determinado.
La comprobación constará de los siguientes pasos:
1. Conectar un manómetro en el acumulador de presión del vehículo.
2. Contectar un manómetro en cada eje del vehículo,
para medir la presión de frenado en cada uno de ellos.
3. Elevar la rueda que se desea verificar.
4. Realizar el frenado y soltar el pedal de freno para
comprobar posteriormente la presión residual.
13.14 Toma de alimentación de un remolque.
La presión final de frenado
La presión final de frenado es la que actúa en el momento de la realización de una frenada efectiva y, por lo tanto, inicia el proceso de frenada.
Es importante conocer su valor y poder comparar la llegada de la presión
neumática a cada eje.
El proceso de comprobación de esta presión consta de los siguientes pasos:
1. Conectar un manómetro de control en el acumulador de presión.
2. Conectar un manómetro en cada eje del vehículo, para su posterior
comprobación.
3. Elevar la rueda que se desea verificar.
4. Girar la rueda con la mano y realizar un frenado.
Es muy importante tomar nota de los valores de la presión de los siguientes elementos del circuito de frenado para, posteriormente, compararlos
con lo que indica el fabricante en el manual de reparación:
13.15 Manómetro.
– El depósito acumulador del vehículo.
– El cilindro de freno de la rueda correspondiente al inicio de la presión
de ataque.
La evolución de la presión en el proceso de frenado y desfrenado
La progresividad en el proceso de frenado y desfrenado depende directamente de la variación de las presiones en el sistema de frenado. Para conocer dicha evolución, debemos tener en cuenta los valores de estas variaciones de presión que nos indicarán el estado y el funcionamiento del sistema neumático.
Para realizar esta comprobación de forma correcta se se debe actuar de la
siguiente forma:
1. Con el motor apagado se conectan los manómetros en los acumuladores de presión, más en concreto en las tomas que se pueden registrar a
lo largo del circuito neumático.
2. Se actúa de forma suave sobre el pedal de freno hasta llegar al valor
máximo de accionamiento. Se libera el pedal y se comprueba la sincronización en las presiones entre la cabeza tractora y el semirremolque de
carga.
3. Se acciona de nuevo el pedal de freno; los valores de comprobación oscilarán entre 4 y 6 bares, dependiendo de los valores indicados por el
fabricante.
Fluctuaciones en el sistema de frenos neumático
Si al comprobar con el manómetro de presión en el circuito neumático
observamos que su aguja no se estabiliza, esto indica que no se mantiene
la presión estable en el sistema.
Este hecho puede estar causado por desgastes en el compresor neumático,
por pérdidas de aire a presión o por tuberías obstruidas o golpeadas.
Por este motivo es aconsejable proceder a una revisión completa del sistema neumático.
Unidad 13 - Sistemas neumáticos de freno
6.3 > Métodos de comprobación de las temperaturas
de los elementos de frenado
La comprobación de las temperaturas de los distintos elementos de frenado consiste, principalmente, en realizar diferentes procesos de frenada en
una prueba por carretera y comprobar en las instalaciones del taller las
temperaturas alcanzadas por cada elemento del sistema y, en su caso, también del semirremolque de carga.
Una diferencia de temperatura importante entre varios elementos del sistema puede tener como consecuencia fallos en el proceso de frenada.
Este tipo de comprobaciones van ligadas directamente a las averías tanto
mecánicas como neumáticas, y son muy habituales en el taller de reparación de vehículos industriales y de obras públicas.
La temperatura en los elementos de frenado se comprueba con medidores
de pinza o medidores de última generación por láser.
Diferencia de temperatura entre los elementos de fricción
de la cabeza tractora y el semirremolque
Si se dan diferencia de temperatura entre los elementos de frenado del
vehículo tractor y del semirremolque cercanas a 100 °C, puede deberse a
las siguientes causas:
– Reglaje defectuoso del sistema de palancas de accionamiento en semirremolques.
– Mal reglaje del corrector de frenada.
– Fallo en el acoplamiento entre los elementos de fricción de los frenos.
– Mal reglaje de las palancas de actuación.
Diferencia de temperatura entre los elementos de fricción
de las ruedas de un mismo eje de la cabeza tractora
Los motivos que pueden provocar diferencias de temperatura entre los elementos de frenado de las ruedas de un mismo eje superiores a 20 °C suelen ser los siguientes:
– Incorrecto reglaje de las palancas de accionamiento de los sistemas de
frenado.
– Mal retroceso del cilindro de accionamiento.
– Conexiones y tuberías defectuosas, que no dejan pasar suficiente caudal
de aire.
– Muelles de retorno de los cilindros de frenado defectuosos.
– Compuesto de frenado incorrecto o no recomendado por el fabricante
del sistema.
Actividades propuestas
3·· ¿Para qué sirve el método de comprobación de temperaturas en un sistema neumático?
4·· ¿De qué forma se comprueban las temperaturas de los distintos elementos de frenado de un sistema
neumático?
Actividades finales
.: CONSOLIDACIÓN :.
1·· ¿Cuál es el principio de funcionamiento de un sistema neumático de frenos?
2·· ¿Cuál es el objetivo del compresor de un sistema neumático de frenos?
3·· ¿Qué función realiza un acumulador de presión en un circuito neumático?
4·· ¿Para qué es necesaria la introducción de un deshidratador en el circuito neumático? Si no tuviéramos
ese deshidratador, ¿qué podría suceder a largo plazo en el sistema neumático?
5·· ¿Qué objetivo tiene la bomba anticongelante en un circuito neumático?
6·· ¿Qué permite un decantador en el circuito neumático y cómo se activan este tipo de dispositivos en los
vehículos actuales?
7·· ¿Para qué es necesaria la inserción del corrector de frenada en un circuito neumático?
8·· ¿Cómo actúan los pistones de accionamiento sobre los elementos de fricción?
9·· ¿Qué tipo de sistemas de frenado existen en los frenos de remolque por accionamiento mecánico?
Explica el funcionamiento de cada uno de ellos.
10·· ¿Qué misión tiene un ralentizador en un sistema neumático de frenos?
11·· ¿Qué tipo de ralentizadores existen? Explica el funcionamiento de cada uno de ellos.
.: APLICACIÓN :.
1·· Identifica sobre un vehículo con sistema neumático de frenos la situación de un ralentizador y averigua
qué tipo de accionamiento posee.
2·· Identifica sobre un vehículo con frenos de accionamiento neumático todos los elementos de dicho sistema y la ubicación de los mismos. Realiza un pequeño croquis del recorrido del fluido neumático en el circuito desde la salida del comprensor hasta el cilindro de accionamiento.
3·· Busca en Internet temas referentes a vehículos con frenado neumático, sus especificaciones técnicas,
las mejoras que se han realizado en ellos o la gestión electrónica que poseen.
Unidad 13 - Sistemas neumáticos de freno
Caso final
Comprobación de la temperatura de los elementos de freno
·· Comprueba las temperaturas de los diferentes elementos de fricción de un camión que está dotado de
un semirremolque de carga, para determinar si existen averías procedentes del sistema de mando neumático de frenos, de los propios elementos de fricción o de un mal reglaje de los mismos.
Solución ··
Las herramientas que utilizaremos serán un elevador de alta carga para levantar el vehículo y un medidor
de temperaturas (figura 13.16).
Para realizar un correcto proceso de comprobación de las temperaturas de los elementos de frenado del
camión y de su semirremolque, debemos seguir los siguientes pasos:
1. Preparamos el elevador, los alrededores del mismo y el medidor de temperaturas, ya que la comprobación debe ser inmediata tras la prueba de carretera.
2. Realizamos una prueba de carretera, donde se omita, a poder ser, el recorrido por autovías, y se efectue
una conducción por carretera transitada, ya que es preciso el uso continuado del sistema de freno.
3. Al terminar la prueba de carretera, de vuelta en el taller, situamos el camión a media altura en el elevador (figura 13.17).
4. Realizamos la comprobación de la temperatura de los elementos de frenado entre los mismos ejes de la
cabeza tractora y del semirremolque de carga.
5. Al analizar los resultados no deben existir diferencias de temperatura de más del 5% entre los elementos
de fricción. Si estas diferencias apareciesen, se puede deber al mayor frenado de una rueda, a una presión residual elevada, a holguras de la varilla de mando del cilindro de trabajo deficiente o al empleo de
elementos de fricción inadecuados no recomendados por el fabricante.
13.16 Medidor de temperaturas.
13.17 Cabeza tractora de un camión en el elevador.
Ideas clave
Partes
– Compresor de aire
– Deshidratador
– Acumulador de presión
– Regulador de presión
– Bomba anticongelante
– Decantador de aire
– Válvulas neumáticas
– Cilindros de freno
– Elementos de frenado
Frenado
por inercia
Frenos
de remolque
Sistema mecánico
Sistema neumático
Frenado
por caída
SISTEMAS
NEUMÁTICOS
DE FRENO
De escape
Ralentizadores
Eléctricos
Freno
primario
Hidráulicos
Freno
secundario
Mecánicas
Averías y
comprobaciones
Neumáticas
De temperaturas
Unidad 13 - Sistemas neumáticos de freno
Tras doce años de estudio y desarrollo sobre motores y coches
limpios que funcionan con el aire comprimido adicional, Guy
Nègre ha conseguido desarrollar un motor que puede convertirse en uno de los mayores avances tecnológicos de este siglo.
Presenta ahora el concepto Compressed Air Technology systems
(CAT’s). La fábrica donde se encuentran los prototipos está en
Niza en Francia. Motor Development International (MDI:
www.motordeaire.com) es una empresa de nuevas tecnologías y
totalmente independiente. [...]
EL MOTOR
El modo mono-energía
El motor serie CAT’s 34 mono-energía desarrollado entre finales
del 2001 y principios del 2002 lleva un dispositivo de control del
recorrido de los pistones de 2ª generación y un único cigüeñal.
Estos pistones son de etapas, una etapa motor y una etapa de compresión y/o de expansión intermedia. Tiene 4 pistones a dos etapas,
o sea, 8 cámaras de compresión y/o de expansión que se utilizan o
bien para comprimir el aire ambiente y rellenar los tanques, o bien
para efectuar expansiones sucesivas (recuperación de energía térmica ambiente.
Su volante motor está equipado con un moto-alternador eléctrico
de 5 kW. Este motor es simultáneamente el motor del grupo en
modo compresor, el motor de arranque, el alternador para la recarga de la batería, un moderador/freno eléctrico y una aportación
momentánea de energía.
No lleva embrague, el motor no funciona cuando el coche está
parado y el arranque se hace sobre el plato magnético para reactivar el grupo de aire comprimido. Las maniobras de aparcamiento
pueden efectuarse sobre el motor eléctrico [...].
El modo bi-energía
Los motores CAT’s de serie 34 podrán equiparse y funcionar con bienergía —combustible fósil y aire comprimido— adjuntando un dispositivo de recalentamiento (de combustión continua, muy fácilmente controlable para obtener emisiones contaminantes muy
escasas) del aire instalado entre el tanque de almacenamiento del
aire y el motor.
Este dispositivo permite un funcionamiento autónomo con un
combustible fósil que autoriza, gracias a esta aportación de energía, obtener autonomías compatibles con una utilización en
carretera.
Durante su funcionamiento en energía fósil, el compresor permite
el relleno de los tanques de aire comprimido mientras que los dispositivos de mando permiten conservar un funcionamiento de
cero contaminación en ciudad a velocidades inferiores a 60 km/h.
Caja de cambio
Desarrollada por MDI, el cambio de velocidad se realiza gracias a
un sistema eléctrico que no requiere ninguna manipulación por
parte del conductor. En efecto, el cambio de velocidades quedará
definido en cada momento por un sistema informático en función
de la velocidad. [...]
Moto-alternador
El moto-alternador efectúa el vínculo entre el motor y la caja de
cambios. [...]
EL COCHE
El vehículo es básicamente un coche urbano ligero y sencillo,
que integra una carrocería de fibra (vidrio o cáñamo). [...] El chasis es tubular, como en los vehículos de competición o en las
motos, para conseguir una rigidez máxima y un peso reducido;
además, sus piezas no van soldadas, sino pegadas como en la tecnología aeroespacial.
El vehículo no tiene los habituales contadores de velocidad, revoluciones, etc. Lleva en su lugar una pequeña pantalla de ordenador que va dando las variables en cada momento. El sistema permite infinitas adaptaciones: sistemas GSM de telefonía, GPS de
ubicación y guiado por satélite, programas para repartidores y
flotas de vehículos, conexión a Internet. [...]
Sobre seguridad, el sistema del cinturón es distinto a lo que
conocemos. El primer punto de anclaje se encuentra en el suelo
del vehículo, como en los coches tradicionales. Pero el segundo
punto de anclaje, en vez de encontrarse en el lateral del vehículo, también está cogido del suelo, lo cual evita en caso de deformación que el cuerpo del conductor o acompañante se vea arrastrado por las chapas.
El sistema eléctrico del vehículo es también revolucionario. MDI
compró una patente destinada a reducir el importante conjunto
de cables eléctricos a uno sólo. El truco consiste en el uso de una
pequeña emisora de radio cuya señal se recoge y trata por microcontroladores en cada dispositivo eléctrico del coche: faros,
intermitentes, etc. El sistema permite ganar más de 20 kg de
peso y hace más sencillo el mantenimiento. Así no es necesario
hablar de llaves ni de alarmas. Basta con quitar la mini emisora
(tamaño llavero pequeño). [...]
El coche MDI, en modo mono-energía tiene un consumo inferior a 1 euro a los 100 km (alrededor de 0,75 euro), según el uso
del vehículo, es decir, unas 10 veces inferior que el de un coche
de gasolina, lo que motiva que sea muy interesante para casi
cualquier conductor, sea profesional o no. Al no existir combustión, no existe contaminación. Su autonomía, es alrededor
del doble que el más avanzado coche eléctrico (de 200 a 300 km
ó 8 h de circulación), lo que le permite optar al mercado urbano, donde el 80% de los conductores realizan menos de 60 km
diarios. La recarga del coche se hará, una vez esté el mercado
desarrollado, en gasolineras adaptadas para suministrar aire
comprimido. En 2 ó 3 minutos y por un coste aproximado de
1,5 euros, el coche estará listo para hacer otros 200 km. Como
importante alternativa el coche lleva incorporado un pequeño
compresor que permite conectarlo a la red eléctrica (220 V ó
380 V) y cargar completamente el depósito en 3 ó 4 h. Debido a
la ausencia de combustión y, consecuentemente, de residuos,
el cambio de aceite (1 l de tipo vegetal) se realiza tan sólo cada
50000 km. La temperatura del aire limpio expulsado por el
tubo de escape está entre 0 y –15 °C, lo que permite reutilizarlo para el aire acondicionado interior sin necesidad de gases ni
pérdida de potencia. [...]
Angélique Sarcy
www.motordeaire.com
13/05/09
u n i d a d
Sistemas de seguridad
ABS, TRC y ESP
SUMARIO
OBJETIVOS
Sistema antibloqueo
·· Entender el funcionamiento y la constitución del sistema
■
de frenos (ABS)
■
■
antibloqueo de frenos (ABS).
Sistema de control
·· Conocer el sistema de control de tracción (TRC) y su función.
de tracción (TRC)
·· Saber la composición y el funcionamiento de los sistemas
Sistema de control
de estabilidad (ESP)
de control de estabilidad (ESP).
Unidad 14 - Sistemas de seguridad ABS, TRC y ESP
1 >> El sistema antibloqueo de frenos (ABS)
Siglas ABS
El sistema antibloqueo de frenos fue desarrollado por el grupo Bosch a
principios de los años ochenta y se ha convertido en un sistema muy eficaz en las frenadas de emergencia.
Las siglas ABS provienen de la expresión
inglesa Antilock Brake System, que significa sistema antibloqueo de frenos.
Desde los primeros sistemas antibloqueo que se montaron en los vehículos en serie en los años ochenta hasta los sistemas antibloqueo actuales, se
ha mejorado sustancialmente su rendimiento, e incluso ya incorporan sistemas auxiliares de tipo opcional como el control de estabilidad o el control de tracción de las ruedas motrices.
El sistema antibloqueo está integrado en el sistema de freno convencional manteniendo la independencia respecto del mismo, ya que actúa
solamente en situaciones de peligro de bloqueo de las ruedas. Debido a
esto, se considera que el ABS es un sistema de seguridad activa, que son
los sistemas que intervienen en la seguridad para minimizar los posibles
accidentes.
Otro aspecto muy importante del sistema antibloqueo de frenos es el uso
que hacen de él otros sistemas del vehículo como el sistema de control de
tracción (TRC), el sistema de control de estabilidad (ESP) o el sistema de
transmisión Haldex.
En la siguiente tabla se puede observar claramente en tres generaciones la
evolución que han seguido los sistemas antibloqueo de frenos desde su
aparición en serie en los vehículos.
Evolución de los sistemas antibloqueo de frenos
Generación
del sistema
Año de aparición
Composición
del sistema
Sistemas adicionales
1ª generación
2ª generación
3ª generación
1980
1992
2001
– Tres válvulas hidráulicas
– Ruedas traseras no
independientes
en la acción de frenada
antibloqueo
– Cuatro electroválvulas
en el grupo hidráulico
– Ruedas traseras
independientes
en la acción de frenada
antibloqueo
– Cuatro electroválvulas
en el grupo hidráulico
– Ruedas traseras
independientes
en la acción de frenada
antibloqueo
Sistema de comprobación
por diagnosis electrónico
– Control de estabilidad
– Control de tracción
– Ayuda a la frenada
de emergencia
– Repartidor electrónico
de frenado
No incorporaban ningún
sistema adicional
2 >> Constitución del sistema ABS
El sistema antibloqueo de frenos está formado por dos sistemas: el sistema
electrónico de gestión (figura 14.1) y el sistema hidráulico de mando.
6
2
3
4
1 Unidad electrónica de control (UCE)
2 Indicador luminoso del ABS
3 Bomba de freno
4 Electrobomba de presión
5 Sensores de velocidad delanteros
6 Sensores de velocidad traseros
Sistema hidráulico
Sistema electrónico
5
1
14.1 Elementos del sistema antibloqueo de frenos (ABS).
2.1 > Unidad de mando electrónica
Señales digitales
Las unidades electrónicas de mando
modernas trabajan con señales totalmente digitales, conocidas como ondas
cuadradas. Por lo tanto, cuando el sensor correspondiente no emita este tipo
de señales eléctricas, deberá transformarlas.
La unidad de mando electrónica del sistema antibloqueo, junto con la unidad electrónica de control (UCE) que lleva incorporada, desempeña las
siguientes funciones:
– Recibir las señales alternas de los sensores de las ruedas.
– Gestionar los diferentes sistemas que reúne el sistema antibloqueo como
el control de tracción, el control de estabilidad, etc.
– Chequear y verificar el sistema antibloqueo, indicando con un testigo
luminoso en el cuadro de instrumentos si existe alguna avería.
– Activar el sistema de frenado convencional en caso de avería, para poder
desplazarse al taller de reparación más cercano.
– Almacenar las averías, para que posteriormente el técnico las detecte
con la máquina de diagnosis y pueda guiarse durante la reparación del
sistema.
La unidad electrónica de control (UCE)
La unidad electrónica de control está compuesta por las siguientes unidades:
–U
que es la unidad que tiene almacenados los
mapas característicos de control.
–U
que es la unidad donde se recibe la información procedente de los sensores del sistema.
14.2 Unidad electrónica de control
(UCE) de última generación.
Los mapas característicos pueden definirse como los campos predeterminados en la unidad de control para el correcto funcionamiento de todo el
sistema ABS cada vez que se ponga en marcha.
Unidad 14 - Sistemas de seguridad ABS, TRC y ESP
2.2 > Sensor de rueda
Este sensor, de tipo inductivo, está formado por una bobina que, al pasar
por una corona dentada llamada r
produce una variación de
corriente. Dicha rueda fónica va instalada en la transmisión, junto a la
rueda del vehículo (figura 14.3). Se debe prestar especial atención a su estado, ya que está expuesta a golpes por proyecciones de elementos de la calzada y el mal estado de sus dientes podría producir un error en la lectura
del sensor y, por lo tanto, una avería en el sistema ABS.
14.3 Sensor de rueda de tipo inductivo.
Sensores de rueda magnetorresistivos
Debido a los múltiples problemas que causan las ruedas fónicas, los fabricantes las están sustituyendo por bandas de tipo magnético multipolar,
que van insertadas en la transmisión o en la pista interior del rodamiento
de la rueda para aumentar la fiabilidad.
Estas bandas están formadas por pequeñas células magnéticas dispuestas
una seguida de otra con polaridades alternas (+, –) formando un anillo.
Práctica
14
En este caso la señal enviada será digital, también llamada señal cuadrada, con lo que la unidad de control no necesitará convertirla.
2.3 > Sistema hidráulico
El sistema hidráulico de un freno ABS consta de los siguientes elementos:
–C
Los sistemas antibloqueo
modernos poseen una electroválvula por rueda del vehículo, mientras
que los primeros montaban tres electroválvulas: dos para las ruedas
delanteras y una para las ruedas traseras.
–C
el mismo número que electroválvulas de apertura.
–D
y otros d
–U
(figura 14.4).
14.4 Electrobomba de presión del sistema ABS.
Técnica
Comprobación del sensor de rueda de tipo inductivo
·· Para comprobar el estado de un sensor de rueda inductivo debemos seguir los siguientes pasos:
1. Comprobamos la resistencia y la continuidad con un polímetro, en la opción de ohmímetro, utilizando la
escala adecuada de medición.
2. Comprobamos visualmente si los conectores eléctricos están sucios, oxidados o defectuosos y si los cables
se encuentran bien fijados.
3. Realizamos una prueba dinámica: observamos los parámetros de la máquina de diagnosis para comprobar
que existen mediciones en los sensores de las cuatro ruedas y que estos valores son parejos.
3 >> Funcionamiento del sistema ABS
El funcionamiento del sistema hidráulico de un sistema antibloqueo consta de cuatro fases bien diferenciadas.
3.1 > Primera fase: sin acción de frenada
Durante esta fase de funcionamiento, el conductor no realiza ninguna
acción de frenada sobre el vehículo, por lo tanto la electroválvula de entrada se encuentra abierta y la electroválvula de salida permanecerá cerrada.
De esta forma, en caso de una frenada considerada normal, el sistema de
frenos funcionaría con la bomba convencional (figura 14.5).
3
4
1 Electroválvula de entrada
VELOCIDAD DE LA RUEDA
2 Electroválvula de salida
3 Acumulador de baja presión
4 Electrobomba de presión
1
2
5 Rueda
6 Sensor de velocidad
6
5
14.5 Primera fase de funcionamiento del sistema ABS: sin acción de frenada.
3.2 > Segunda fase: frenada sin bloqueo de ruedas
Durante esta fase, para detener el vehículo el conductor ha pisado el pedal
de freno, donde el sistema ABS dispone de un interruptor que informa a
la unidad de control electrónica de la decisión de frenar el vehículo.
Gracias a los sensores de las ruedas, la unidad de control detecta la desaceleración provocada en las ruedas y, dado que estas no han llegado a bloquearse, no hace actuar al sistema antibloqueo. De esta forma el vehículo
frenará con el sistema de frenos convencional, ya que la electroválvula de
entrada permanece abierta y la de salida cerrada (figura 14.6).
3
4
1 Electroválvula de entrada
VELOCIDAD DE LA RUEDA
2 Electroválvula de salida
3 Acumulador de baja presión
4 Electrobomba de presión
1
2
5 Rueda
6 Sensor de velocidad
5
14.6 Segunda fase de funcionamiento del sistema ABS: frenada sin bloqueo de ruedas.
6
Unidad 14 - Sistemas de seguridad ABS, TRC y ESP
3.3 > Tercera fase: bloqueo de ruedas
Si una rueda tiende a ser bloqueada por la acción de frenada, la presión
de frenado no se debe mantener, ya que seguiría el bloqueo.
Para disminuir la presión de frenado se cierra la electroválvula de entrada
y se abre la de salida de la rueda afectada. De esta forma, el líquido a presión se libera hacia el acumulador, reduciéndose la frenada y desbloqueándose la rueda (figura 14.7).
3
4
VELOCIDAD DE LA RUEDA
1 Electroválvula de entrada
2 Electroválvula de salida
3 Acumulador de baja presión
4 Electrobomba de presión
2
1
5 Rueda
6 Sensor de velocidad
6
5
14.7 Tercera fase de funcionamiento del sistema ABS: bloqueo de ruedas.
3.4 > Cuarta fase: degradación de la presión
Al disminuir la presión, ha disminuido la frenada y la rueda ha dejado de
estar bloqueada. Pero el conductor ha realizado una frenada brusca o de
emergencia, lo que obliga a los frenos a seguir actuando con intensidad.
Golpeteos en la frenada
Para volver a aumentar la presión, la unidad de control electrónica cierra
la electroválvula de salida, abre la electroválvula de entrada y conecta la
electrobomba de presión, lo que produce un aumento de la presión
hidráulica y un consiguiente aumento de la frenada en la rueda hasta el
nivel inicial (figura 14.8).
En los últimos sistemas ABS, la inserción
Este aumento de la frenada podría volver a provocar el bloqueo de la
rueda, en cuyo caso se volvería a la tercera fase. Esta sucesión de las fases
tercera y cuarta produce el golpeteo característico de los frenos ABS.
do de esta forma la intensidad de los golpeteos característicos de estos sistemas.
de un acumulador de presión en el circuito hidráulico de frenos hace que se
absorban las fluctuaciones rápidas creadas por la apertura y el cierre de las
diferentes electroválvulas, disminuyen-
3
4
VELOCIDAD DE LA RUEDA
1 Electroválvula de entrada
2 Electroválvula de salida
3 Acumulador de baja presión
1
2
4 Electrobomba de presión
5 Rueda
6 Sensor de velocidad
5
6
14.8 Cuarta fase de funcionamiento del sistema ABS: degradación de la presión.
Técnica
Purgado del circuito hidráulico de un sistema ABS
·· El purgado del circuito hidráulico de un vehículo que dispone de sistema ABS se realiza de una forma diferente al de un sistema de frenos convencional, ya que es necesaria una máquina de diagnosis.
Además, el grupo hidráulico puede incorporar uno o dos purgadores para facilitar el proceso en caso de
realizar una sustitución completa de este grupo, con lo cual deberemos actuar con una llave de racor
mientras se le confirma a la unidad de control electrónica, a través de la máquina de diagnosis, la realización de la purga del circuito, para que active las electroválvulas y para ayudar así a la salida del aire
existente en el interior.
Para realizar el purgado seguiremos los siguientes pasos:
1. Calzamos adecuadamente el vehículo en el elevador, comprobando mediante pequeños zarandeos la estabilidad del mismo.
2. Elevamos el vehículo a la altura adecuada para
evitar trabajar en malas posiciones de trabajo
que puedan dañarnos la espalda.
3. Quitamos el tapón del depósito de frenos;
vaciamos el antiguo líquido de frenos del sistema con una máquina de succión y, a continuación, rellenamos el depósito hasta arriba con
el nuevo líquido de frenos.
4. Quitamos el tapón del purgador del freno situado
en las pinzas o en los bombines, e instalamos un
tubo transparente que dirigiremos a un recipiente
(figura 14.9).
5. Entramos en el programa de la máquina de diagnosis para establecer comunicación con la unidad de control electrónica del sistema ABS.
6. Accedemos al apartado de «chasis» y, seguidamente, al de «sistema de frenos antibloqueo»
(figura 14.10).
7. Activamos las electroválvulas del sistema ABS de
la máquina de diagnosis. Se escuchará un ruido
de funcionamiento característico procedente
del grupo hidráulico.
8. Abrimos el purgador de frenos y observamos por
el tubo transparente las burbujas de aire.
9. Para poder purgar cada rueda deberemos activar
la electroválvula correspondiente y actuar en el
purgador de la rueda activada.
10. De igual forma que el purgado de frenos convencional, deberemos observar el nivel de líquido
de forma constante, ya que si nos quedáramos
sin líquido de frenos volvería a entrar aire al circuito hidráulico.
14.9 Quitando el tapón del purgador.
14.10 Acceso a la máquina de diagnosis.
Unidad 14 - Sistemas de seguridad ABS, TRC y ESP
4 >> Sistema de control de tracción (TRC)
El sistema de control de tracción (TRC) (figura 14.12) va integrado en la unidad de mando electrónica y detecta, a través de los sensores de las ruedas,
las diferencias de revoluciones entre dos ruedas del mismo eje de tracción.
4.1 > Funcionamiento del sistema TRC
El funcionamiento del sistema de control de tracción tiene dos modalidades:
–A
variando los parámetros y regulando, de esa forma, el par de potencia entregado por el motor.
–B
mediante el sistema de frenado. La unidad
de control del sistema ABS detecta la pérdida de tracción en una de las
ruedas motrices por la diferencia de velocidad entre ellas, y es entonces
cuando envía presión de frenos a la rueda acelerada para detenerla y
que el diferencial mande más tracción a la otra rueda (figura 14.11).
RPM Rueda
Control de tracción desactivado
Uso de las dos modalidades de
control del sistema TRC
Hay que reseñar que los dos tipos de
funciones de control de tracción pueden trabajar de forma conjunta.
Además, el sistema de control de tracción presenta un interruptor de activación en el salpicadero.
RPM Rueda
Diferencial
RPM Rueda
Control de tracción activado
RPM Rueda
Diferencial
14.11 Funcionamiento del control de tracción (TRC).
4.2 > Características funcionales del sistema TRC
Las características funcionales del sistema de control de tracción indican
en qué circunstancias de funcionamiento puede activarse o desactivarse:
1. Se desactiva cuando el vehículo sobrepasa una velocidad prefijada que
ronda los 70 km/h.
2. Se activa si las ruedas motrices de un mismo eje de tracción presentan
diferencias de velocidades superiores a 8 km/h.
3. En los vehículos con tracción total a las cuatro ruedas, se activa si existen diferencias de velocidad entre el eje delantero y el eje trasero.
Para afrontar las diferencias de velocidad entre ejes, existe una adaptación
del sistema de control de tracción, llamada MSR, cuyo principio de funcionamiento se basa en las reducciones de frenada que realiza el conductor con
la caja de cambios de forma muy brusca. Existe en estos casos el riesgo de
tender a un pequeño bloqueo de las ruedas motrices por la acción del freno
motor y de provocar ciertas inestabilidades en la marcha del vehículo. Esta
adaptación actúa sobre el sistema de inyección para lograr un aumento del
par de potencia que alivie este inconveniente.
14.12 Sistema de control de tracción
(TRC).
5 >> Sistema de control de estabilidad (ESP)
El sistema de control de estabilidad (ESP) es una adaptación que utiliza la
gestión electrónica del sistema ABS para controlar el vehículo en situaciones de pérdida de estabilidad.
El sistema de estabilidad es un sistema de seguridad activa del vehículo.
5.1 > Principio de funcionamiento del sistema ESP
Vehículo con 5 estrellas
Uno de los requisitos para que un vehículo obtenga 5 estrellas en el Euro NCAP
(Programa europeo de evaluación de
automóviles nuevos) es el montaje de un
sistema de control de estabilidad.
El principio de funcionamiento del sistema de control de estabilidad se
basa en el frenado de las ruedas de forma selectiva en función del comportamiento de derrape del vehículo.
El derrape de un vehículo puede ser de dos tipos (figura 14.13):
–S
es la acción en la que el vehículo describe una trayectoria más
abierta de la que el conductor desea (pérdida del eje delantero). En este
caso, el sistema ESP procede a frenar apropiadamente la rueda trasera
interior para corregir la trayectoria.
–S
es la acción en la que el vehículo describe una trayectoria
más cerrada de la que el conductor desea (pérdida del eje trasero). En
este caso, el sistema ESP procede a frenar apropiadamente la rueda
delantera exterior para corregir la trayectoria.
SUBVIRAJE
Con ESP
Sin ESP
SOBREVIRAJE
Sin ESP
Con ESP
14.13 Funcionamiento del sistema de control de estabilidad (ESP).
Unidad 14 - Sistemas de seguridad ABS, TRC y ESP
5.2 > Constitución del sistema ESP
Además de los elementos del sistema ABS, el sistema de estabilidad consta
de las siguientes partes:
– Sensor de presión del circuito hidráulico
– Sensor de recorrido del pedal de frenado
– Sensor de aceleración
– Sensor del ángulo de dirección
– Testigo del sistema de control de estabilidad
Mediante estos sensores y los del sistema ABS, la unidad de control electrónica recibe todas las señales necesarias para hacer funcionar correctamente el sistema de control de estabilidad.
14.14 Botón de desconexión del sistema ESP en el cuadro de mandos del
vehículo.
5.3 > Funcionamiento del sistema ESP
El funcionamiento del sistema de control de estabilidad depende del comportamiento del conductor sobre el volante y los pedales del vehículo. Este
sistema se encarga de mandar la presión necesaria a los diferentes frenos
para corregir el desvío generado en el vehículo, que provoca el descontrol
de la marcha.
El sistema basa su funcionamiento en captar mediante los diversos sensores la velocidad de las ruedas, su pérdida de adherencia, el movimiento del
vehículo en sentido longitudinal y transversal a la carrocería y las intenciones del conductor indicadas a través de sus movimientos de volante y
de su accionamiento del freno.
Factores dinámicos utilizados por el ESP
Se denomina factor dinámico a todas aquellas fuerzas aplicadas sobre el
vehículo durante la marcha.
El sistema de control de estabilidad utiliza los siguientes parámetros en su
funcionamiento:
–A
también denominada fuerza centrífuga, se define como la fuerza aplicada en la toma de una curva hacia el exterior.
Este factor aumenta cuanto mayores sean la velocidad en la curva y la
masa del vehículo.
–M
es la suma de las fuerzas centrífugas aplicadas a
cada una de las ruedas en el momento de giro. También se denomina
aceleración transversal total soportada por el vehículo.
–R
es el radio de la circunferencia que traza la
rueda trasera interior al girar. Cuanto mayor sea este radio de giro
mayor será la estabilidad en la toma de una curva.
Giro de las ruedas traseras
En la actualidad existen fabricantes de
vehículos que dotan a las ruedas traseras de un pequeño radio de giro, lo que
aumenta la estabilidad en la entrada de
las curvas, reduciendo así el riesgo de
subviraje y sobreviraje.
Actividades propuestas
1·· ¿Cómo resuelve el sistema de control de estabilidad una situación de sobreviraje? ¿Y una situación de
subviraje?
2·· ¿Cuáles son los factores dinámicos que utiliza el sistema de control de estabilidad?
5.4 > Sensores del sistema ESP
Sensor de presión del circuito hidráulico
Este sensor tiene como objetivo informar de forma instantánea a la unidad de control electrónica de la presión que genera la electrobomba que
proporciona presión hidráulica en la activación del sistema ABS.
Estos sensores de presión son de dos tipos:
–S
consta de dos placas de distinta
polaridad, una de ellas móvil (figura 14.15). La presión hidráulica incide
sobre la placa móvil juntándola más o menos a la otra, lo que produce
una variación de corriente entre las placas que es enviada como señal
eléctrica a la unidad de control para ser procesada.
–S
está formado por un sensor piezoeléctrico cuya resistencia interna variará en función de la presión que
incida sobre el mismo (figura 14.16). Estos sensores son los más utilizados, ya que ofrecen mayor exactitud en la medición.
14.15 Sensor de presión capacitativo.
14.16 Sensor de presión piezoeléctrico.
Sensor de recorrido del pedal de freno
Este sensor es el encargado de medir el recorrido del pedal de freno para
que la unidad de control electrónica determine el tipo de pisado que ha
realizado el conductor.
Este sensor está constituido por dos pistas resistivas, una continua y otra
progresiva formada por siete continuas. Estas pistas informarán de la
situación del pedal de freno a través del cursor (figura 14.17).
Cursor
Pistas resistivas
14.17 Sensor de recorrido del pedal de freno.
Unidad 14 - Sistemas de seguridad ABS, TRC y ESP
Sensor de aceleración
Este sensor capta los movimientos longitudinales y transversales producidos en el vehículo, lo que ayuda a definir las frenadas selectivas sobre las
ruedas en función del sentido de las aceleraciones medidas.
+
–
–
+
El sensor de aceleración transversal está formado por un resorte en forma
de cinta fijada por uno de sus extremos. En el extremo libre se encuentra
un imán de tipo permanente, donde se coloca el sensor de tipo Hall.
Al estar el conjunto resorte-imán unido a un resorte elástico, cuando se
expone a una aceleración, se mueve provocando el desplazamiento en el
sensor de tipo Hall, creando de esta forma un flujo magnético que varía la
tensión de salida, que es proporcional a la aceleración que sufre este sensor (figura 14.18).
+
–
–
+
Sensor del ángulo de dirección
El objetivo de este sensor es captar la posición del volante. La medición se
realiza en grados, entre –720 y 720°, repartidos aproximadamente en cuatro vueltas de volante.
Estos sensores se instalan en la columna de la dirección, justo detrás del
volante, y están formados por un contador de vueltas, un disco decodificador, una fuente luminosa y unos sensores ópticos (figura 14.19).
Fuente luminosa
Sensores ópticos
Contador de vueltas completas
Disco codificador
14.19 Composición del sensor de ángulo de dirección.
Su principio de funcionamiento se basa en proyectar una fuente luminosa hacia un sensor óptico. Si la luz incide sobre dicho sensor, variará la
resistencia interna del mismo, y si se obstruye, la fuente luminosa dejará
de incidir. Si el obturador está lleno de ventanas abiertas y cerradas, al
mover el volante de la dirección variarán las señales eléctricas enviadas a
la unidad electrónica de mando.
También existen sensores de ángulo de giro de tipo magnetorresistivo, con
el mismo principio de funcionamiento que los sensores de rueda anteriormente explicados.
14.18 Funcionamiento del sensor de
aceleración.
6 >> Mantenimiento del sistema ABS
En caso de avería
Si ocurriese una avería, tanto del sistema antibloqueo de frenos como del sistema de control de estabilidad, por
seguridad este último quedaría desactivado en la marcha del vehículo.
El mantenimiento de un sistema antibloqueo de frenos puede dividirse
según las siguientes partes:
–E
como los elementos de fricción de los frenos,
bomba, servofreno, etc. El mantenimiento de esta parte se realiza de la
misma forma que en un sistema de frenos convencional, es decir, se sustituirán los elementos en mal estado o desgastados por la fricción.
–E
tanto el de los frenos convencionales y en el circuito integrado por el sistema de antibloqueo frenos.
–C
como los diversos sensores que integran el conjunto o como la unidad de control electrónica.
6.1 > Herramientas para el diagnóstico de averías eléctricas
Las herramientas que se utilizan para realizar un diagnóstico de averías
eléctricas son las siguientes:
–E
con el que podremos medir resistencias, voltajes e intensidades de los diferentes sensores del sistema.
–E
con el que podremos observar las gráficas de resistencia,
tensión e intensidad de los diferentes sensores (figura 14.20). Permite observar, por ejemplo, las señales alternas de un sensor de rueda inductivo.
–L
con la que podremos observar los códigos de
avería, proceder al borrado de los mismos y realizar lecturas de parámetros de llegada a la unidad de control electrónica.
14.20 Osciloscopio.
Técnica
Verificación con el polímetro en el mazo de cables de la unidad de control electrónica
·· Si debemos realizar las comprobaciones indicadas por el fabricante con el polímetro en el mazo, no se
deberá comprobar con las puntas de dicho polímetro directamente en los pines del mazo de cables. Además,
es recomendable la introducción de dos pequeños cables pelados por los extremos para no deteriorar los
pines, ya que pueden causar falsos contactos con la unidad de control electrónica.
Unidad 14 - Sistemas de seguridad ABS, TRC y ESP
7 >> Frenos antibloqueo en frenos neumáticos
Los vehículos de tipo industrial están obligados en la
actualidad a montar sistemas antibloqueo de frenos en
todos los vehículos de fabricación nueva, aumentándose así la seguridad en la conducción.
Los vehículos industriales también integran sistemas
complementarios al sistema antibloqueo de frenos,
como el control de tracción, el control de estabilidad y
el asistente a la frenada de emergencia.
La mayor diferencia entre un turismo y un vehículo industrial es que estos últimos sustituyen el circuito hidráulico
de frenos por un circuito neumático (figura 14.21), con lo
que el sistema ABS funciona de forma muy similar.
14.21 Sistema ABS neumático.
7.1 > Elementos que componen el sistema neumático
Válvula de regulación del ABS
En el sistema neumático se sustituyen las electroválvulas hidráulicas del
sistema antibloqueo de frenos habitual por electroválvulas neumáticas
que permiten el paso de aire a los émbolos de rueda y son activadas eléctricamente por la unidad de control.
Sensor de fuerza en la frenada
Informa a la unidad de control del recorrido experimentado en el pedal
de freno por la frenada realizada por el conductor. Es similar al de los sistemas antibloqueo hidráulicos.
Modulador de freno para el eje trasero
Este modulador envía la presión neumática de los frenos al eje trasero en
función de la carga de este y de las señales que recibe de la unidad de control electrónico.
Válvula de relé proporcional
Esta válvula está situada en el eje delantero del vehículo y es la encargada
de regular la presión neumática que reciben las pinzas delanteras de freno,
en función de las señales que recibe de la unidad de control electrónico.
Válvula de redundancia
Esta válvula limita la presión neumática que reciben todas las ruedas del
vehículo, dejándola tarada a una presión fija de funcionamiento en caso
de avería del sistema antibloqueo de frenos.
Actividades propuestas
3·· ¿En qué se diferencian, principalmente, los sistemas antibloqueo de frenos neumáticos de los de frenos
hidráulicos?
Actividades finales
.: CONSOLIDACIÓN :.
1·· ¿Qué misión tiene el sistema antibloqueo de frenos?
2·· ¿Cuáles son las fases de funcionamiento de un sistema antibloqueo de frenos?
3·· Explica el funcionamiento del sistema antibloqueo de frenos en la fase de bloqueo de la rueda.
4·· Explica la fase de funcionamiento de la degradación de la presión de los sistemas antibloqueo.
5·· ¿Qué misión tiene el sensor de rueda y dónde va alojado?
6·· En un sensor de rueda inductivo, ¿cómo se origina la señal alterna que informa a la unidad de control
electrónico?
7·· ¿Cuál es la misión del sistema de control de estabilidad?
8·· ¿Cuáles son los sensores adicionales que posee un sistema de frenos antibloqueo al llevar sistema de
control de estabilidad?
9·· ¿Qué señales se procesan en un sistema de control de estabilidad?
10·· ¿Cómo funciona un sistema de control de estabilidad?
11·· ¿Por qué elementos están constituidos y cómo funcionan los sensores de presión del circuito hidráulico?
12·· ¿Cuál es el objetivo del sensor del ángulo del volante? ¿Dónde se encuentra este sensor?
13·· ¿De qué elementos se compone el sensor del ángulo de la dirección del volante y cuál es su principio
de funcionamiento?
.: APLICACIÓN :.
1·· Identifica sobre el vehículo los componentes que aparecen en las siguientes fotos e indica a qué sistemas pertenecen y su misión en dichos sistemas.
a)
b)
c)
Unidad 14 - Sistemas de seguridad ABS, TRC y ESP
Caso final
Calibración del sensor del ángulo de dirección del volante
·· Tras haber procedido a la sustitución de la unidad de mando electrónica del sistema antibloqueo de frenos (ABS), calibra el sensor de dirección del ángulo del volante de sistema ESP.
Solución ··
Para calibrar correctamente el sensor del ángulo del volante del sistema de control de estabilidad debemos
seguir los siguientes pasos:
1. Buscamos en el vehículo el conector de diagnosis (OBD) para conectar la máquina de diagnosis (figura
14.22), giramos la llave de contacto del vehículo, ya que para comunicar con la máquina es necesario
tener el contacto dado, y encendemos dicha máquina de diagnosis.
2. En la máquina de diagnosis seleccionamos el apartado «Chasis» y luego el punto «Sistema antibloqueo de
frenos (ABS)». Este paso puede variar según la máquina de diagnosis.
3. Seleccionamos «Calibración del sensor del ángulo de dirección». Al entrar en este apartado observaremos
que aunque movamos el volante no varía el ángulo de la dirección indicado.
4. Entramos en «Proceso de calibración». En este momento, la máquina de diagnosis pedirá que se mueva
el volante de izquierda a derecha un par de veces y, a continuación, que se coloquen las ruedas rectas
para reconocer el punto 0 y confirmar esta posición (figura 14.23).
5. Seguidamente, ciertas unidades de control pueden pedir una pequeña prueba dinámica (vehículo en
movimiento) que realizaremos con la máquina de diagnosis conectada, para que la unidad de control
electrónica reconozca el funcionamiento correcto de la calibración.
6. Al finalizar no debemos olvidarnos de borrar todas las averías almacenadas en la unidad de control electrónico con la máquina de diagnosis, ya que corremos el riesgo de que se encienda por esta causa el testigo de los frenos antibloqueo, quedando inutilizado dicho sistema.
14.22 Conexión de la máquina de diagnosis al OBD.
14.23 Colocación del volante recto.
Ideas clave
El sistema electrónico
de gestión
– Unidad
de mando
electrónica
– Sensor
de rueda
El sistema hidráulico
de mando
– Electroválvulas
de apertura
– Electroválvulas
de cierre
– Acumuladores
de baja presión
– Acumuladores
de alta presión
– Electrobomba
de presión
Partes
Fases de
funcionamiento
SISTEMA
ANTIBLOQUEO
DE FRENOS
(ABS)
– Primera fase: sin
acción de frenada
– Segunda fase: frenada
sin bloqueo de ruedas
– Tercera fase: bloqueo
de ruedas
– Cuarta fase: degradación de la presión
Sistema de control
de tracción (TRC)
Sistemas
derivados
Sistema de control
de estabilidad (ESP)
Frenos
neumáticos
– Sensor de presión
del circuito
hidráulico
– Sensor de
recorrido del
pedal de frenado
– Sensor
de aceleración
– Sensor
del ángulo de
dirección
Unidad 14 - Sistemas de seguridad ABS, TRC y ESP
El ABS —sistema de antibloqueo de frenos—, por ejemplo,
es ahora un equipamiento que ofrecen todos los coches
de serie, incluso los utilitarios. Sin embargo, este proceso
ha durado, desde la primera prueba de este sistema en un
automóvil, cerca de 25 años.
Por esta razón, Bosch, compañía suministradora de componentes para el automóvil, ha firmado un acuerdo con la
Asociación Nacional de Fabricantes de Automóviles y
Camiones (Anfac) y la Dirección General de Tráfico (DGT),
con el fin de iniciar una campaña de concienciación sobre
las ventajas que tiene el uso del control de estabilidad (ESP)
—por sus siglas en inglés, Electronic Stability Program—.
El Instituto de Seguridad del Vehículo, dependiente de la
Asociación Alemana de Empresas Aseguradoras (GDV), tras
analizar con detalle 831 accidentes, descubrió que el 60%
de los accidentes mortales fueron provocados por impactos laterales. El 30% o el 40% de todos los casos mortales se
debió a que el vehículo derrapó por una velocidad excesiva, a reacciones bruscas o a errores en el manejo del vehículo. A la vista de ello, el mencionado Instituto recomendó
el uso de sistemas «electrónicos» de seguridad como el programa electrónico de estabilidad (ESP), capaz de controlar
el vehículo hasta en las situaciones más extremas.
Según los datos de este organismo, si todos los coches estuvieran equipados con el ESP, se evitarían más de 400 muertos al año en nuestro país. Asimismo, estudios realizados
por distintas firmas automovilísticas, como Mercedes,
marca que estrenó este sistema en la Clase E en 1995, señalan que el control de estabilidad reduciría en un 15% todos
los accidentes mortales, en concreto todos aquellos que se
produce cuando el coche se sale de la calzada. Esta campaña ha empezado hace varios días en Alemania, donde se
han organizado jornadas con los concesionarios de
Peugeot, a las que asistieron más de 700 vendedores.
Se ha apostado por los centros de distribución porque,
según informes de Bosch, algunos concesionarios optaban por excluir esta opción en el equipamiento de serie,
con el fin de «ajustar» el precio final del vehículo y asegurarse de esta manera la venta.
El precio del ESP ronda los 600 euros cuando se incluye
como equipamiento de serie. En España, esta campaña
comenzará en septiembre, también con concesionarios
de Peugeot, aunque después se ampliará a los centros de
distribución de Citroën y Seat.
El control de estabilidad es una útil herramienta para la
conducción, desconocida en gran medida por los usuarios
españoles. Es capaz de evitar que se produzca una pérdida
de control del vehículo, actuando sobre el motor y selectivamente sobre los frenos. Básicamente, genera una fuerza
contraria a la que tiende a sacar al coche de su trayectoria
ideal. Para ello, una centralita electrónica, mediante una
serie de sensores, es capaz de saber si el vehículo se sale de
la trayectoria marcada por el volante.
Si el coche subvira, es decir, gira menos de lo que quiere el
conductor, el sistema frena la rueda trasera interior a la
curva. Si sobrevira, es decir, gira de más, retarda ligeramente
la rueda delantera exterior. La principal ventaja del ESP es su
capacidad para frenar una única rueda, una opción imposible de conseguir hasta por el conductor más experimentado.
Los ingenieros de Bosch, la compañía inventora del ESP,
piensan que estos dispositivos y otros como el airbag han
permitido reducir los accidentes de tráfico en más del
50% en los últimos 30 años.
Pese a su benefactora labor, el ESP se monta en casi el 50%
de los vehículos nuevos que se matriculan en Alemania,
mientras que en España apenas está presente en el 4% de los
que se comercializan. Lo llevan instalado uno de cada dos en
Alemania, uno de cada cuatro en Europa y uno de cada 20
en España. El automovilista español puede que se haya quedado anclado en el airbag y el ABS en materia de dispositivos de seguridad, desconociendo en qué consiste y cómo
funciona el control de estabilidad.
J. López y J. Palacios
www.elmundo.es
4 de julio de 2003
u n i d a d
Transmisión y frenado en
vehículos de competición
SUMARIO
OBJETIVOS
Frenos cerámicos
·· Conocer los sistemas de frenos cerámicos y de carbono utilizados
■
y de carbono
■
Rodamientos
·· Familiarizarse con los rodamientos cerámicos.
y neumáticos
·· Conocer las cajas de cambios manuales en competición e
de competición
■
en vehículos de competición.
Cajas de cambios
de competición
identificar sus particularidades.
Unidad 15 - Transmisión y frenado en vehículos de competición
1 >> Frenos cerámicos
Los frenos cerámicos son, esencialmente, sistemas de frenos de disco convencionales con algunos elementos modificados (figura 15.1). La principal
variación se encuentra en los discos de freno, que están fabricados con un
compuesto cerámico que les confiere unas características especiales.
1.1 > La historia de los frenos cerámicos
En 1964 la marca automovilística Porsche introdujo en sus vehículos de
competición los frenos denominados cerámicos. Dos años después, en 1969,
los instaló en su popular turismo 911 como una opción en la compra de este
deportivo. Se puede decir por tanto que Porsche es la impulsora de este sistema de frenado.
La mejora en los resultados de las frenadas y la durabilidad de este tipo de
frenos hicieron que rápidamente otras marcas de competición, como Ferrari,
introdujeran este sistema en sus vehículos de calle.
En la actualidad, todas las escuderías de la alta competición utilizan frenos
cerámicos o frenos de carbono en sus vehículos. Además, en los vehículos de
calle de más alta gama, ya desde hace años, existe la posibilidad de escoger
frenos cerámicos como equipamiento opcional (figura 15.2).
15.2 Vehículo de calle dotado de frenos cerámicos.
1.2 > Ventajas de los frenos cerámicos
Las principales ventajas de los frenos de disco cerámicos son las siguientes:
– Reducción de la distancia de frenado.
– Estabilidad en las frenadas.
– Alargamiento de la vida útil de los discos de freno, llegando casi a triplicar la de los discos de acero convencional, y a sobrepasar los 300 000 km
de funcionamiento.
– Oxidación y corrosión inexistente.
– Ahorro en sistemas de ayuda a la frenada, dado que con poca fuerza
que el conductor ejerza sobre el pedal de freno se realizan frenadas
muy eficientes.
15.1 Sistema de freno cerámico.
1.3 > Temperatura de trabajo de los frenos cerámicos
Calentando los frenos
Es común en las carreras automovilísticas, cuando se realiza la vuelta de reconocimiento justo antes de darse la salida
o durante la aparición del vehículo safty
car, ver a los pilotos realizar frenadas
bruscas para situar o mantener los frenos
cerámicos dentro del umbral de temperatura correcto para afrontar la carrera.
Para el correcto funcionamiento de los frenos cerámicos, los discos necesitan llegar a una temperatura superior a los 250 °C, ya que por debajo de
ese umbral la eficacia de la frenada no es total. La temperatura de funcionamiento en vehículos de calle se encuentra entre 250 y 350 °C, mientras
que en los vehículos de competición esta temperatura debe superar los
400 °C y situarse entre 400 y 450 °C (figura 15.3).
En el caso de los vehículos de calle con frenos cerámicos, al principio de
la marcha el conductor nota un pedal más esponjoso, hasta que alcanza la
temperatura de trabajo idónea.
15.3 Discos cerámicos de freno de un vehículo de competición al rojo vivo.
1.4 > Proceso de fabricación de un disco de freno cerámico
Los discos de freno cerámicos se fabrican aleando distintos tipos de materiales: acero con medio contenido de carbono (nunca superará el 0,50%)
como material base, con cromo, níquel y magnesio.
Para conseguir el efecto cerámico en el conjunto se añaden partículas de
nitruro de silicio. Este elemento proporciona al disco características como
un gran coeficiente de resistencia, bajo nivel de dilatación y disminución
del peso.
Además, con estos discos se consigue una reducción del peso de casi el
50%, lo que favorece, entre otras cosas, el comportamiento de la suspensión del vehículo al existir menos peso suspendido.
El coste de los discos de freno cerámicos es muy elevado debido a las siguientes razones:
– Empleo de materiales de construcción de elevado coste.
– Utilización de maquinaria cara y sofisticada en su fabricación.
– Construcción más laboriosa del disco.
– Escaso número de vehículos donde se instalan, lo que impide su fabricación en masa.
Unidad 15 - Transmisión y frenado en vehículos de competición
1.5 > Las pastillas de freno
Las pastillas de freno que se emplean en los frenos cerámicos son muy
parecidas a las convencionales (figura 15.4). Se componen de una mezcla
compactada de compuestos metálicos, como el cobre, que les confieren
resistencia mecánica. En ocasiones, también incorporan pequeños porcentajes de grafito (por debajo del 0,5% del elemento de fricción), que aporta
una mayor resistencia estructural al conjunto.
Este tipo de pastillas de freno son más grandes, ya que incorporan una
placa cerámica en la parte posterior del elemento de fricción que disipa el
calor que se genera y evita así que este llegue a los pistones de la pinza, lo
que impide el deterioro rápido del líquido de frenos.
Pinzas multipistón en turismos
En los vehículos de calle nos podemos
encontrar pinzas multipistón en vehículos pesados como los todoterrenos o en
vehículos de una potencia considerable.
15.4 Pastillas de un freno cerámico.
1.6 > Las pinzas de freno
Al igual que en un sistema de frenos de disco convencional, la pinzas de
los frenos cerámicos son las encargadas de presionar las pastillas contra el
disco mediante los pistones hidráulicos que se alojan en su interior.
Suelen fabricarse con aluminio aleado con metales como el titanio, para
aumentar su resistencia contra las vibraciones y las grandes tensiones que
se producen en las acciones de frenada, además de reducir considerablemente su peso.
Utilización de varios pistones de accionamiento
Con la utilización de varios pistones de accionamiento en las pinzas de
freno (figura 15.5), tanto de un sistema convencional como cerámico o de
carbono, se obtienen los siguientes resultados:
–R
ya que a más pistones más presión
hidráulica de trabajo para la frenada. La bomba de freno estará algo
sobredimensionada para alimentar debidamente de presión a los diferentes pistones.
–P
ya que
no se utilizan pinzas flotantes, con lo cual el accionamiento mecánico
pastilla-disco de fricción se realiza a la vez por ambas caras, sin perder los
milisegundos que necesitan las pinzas flotantes para desplazarse y hacer
que la otra pastilla actúe sobre el disco de freno.
15.5 Detalle de una pinza multipistón.
2 >> Frenos de carbono
Los frenos de carbono están formados básicamente por un sistema de frenos de disco convencional con la peculiaridad de que tanto las pastillas
como el disco están fabricados con carbono, lo que reduce el peso del
conjunto en torno al 50% respecto del convencional (figura 15.6).
Otra característica de este sistema de frenado es la superficie de fricción
de las pastillas de freno, que es alrededor del doble que las convencionales, lo que tiene como consecuencia unas frenadas mucho más enérgicas.
La utilización de este tipo de frenos se concentra esencialmente en los
aviones y en los vehículos de competición (figura 15.7).
15.6 Disco de freno de carbono.
15.7 Avión comercial al aterrizar utilizando los sistemas de freno de carbono.
2.1 > Temperatura de trabajo de los frenos de carbono
Las temperaturas de trabajo de este tipo de frenos de disco deben ser superiores a 400 °C, ya que por debajo de este valor su rendimiento decae considerablemente. De hecho, la temperatura de trabajo ideal se encuentra
entre los 600 y los 750 °C.
En carrera, los frenos de carbono pueden llegar a temperaturas de trabajo
superiores a los 1000 °C, lo que genera ciertos inconvenientes en el sistema de frenado para los que deben estar preparados.
2.2 > Inconvenientes de los frenos de carbono
El mayor inconveniente de este tipo de frenos es el gran desgaste al que
están expuestos. Los factores que contribuyen a este desgaste son:
Líquido de frenos especial
Tanto en los frenos cerámicos como en
los frenos de carbono, se deben utilizar
líquidos de frenos que resistan las mayores temperaturas de trabajo a las que
están expuestos.
–E
debido a que tiene altos coeficientes de fricción y
una superficie de fricción mayor que la de los frenos convencionales.
–L
debida al oxígeno ambiental y a las altas temperaturas de
trabajo.
También hay que tener en cuenta el rendimiento menor de estos frenos en
circuitos donde hace frío, llueve o el trazado del circuito no les permite
alcanzar la temperatura de trabajo idónea.
Otro gran inconveniente de este tipo de frenos es su elevado precio.
Unidad 15 - Transmisión y frenado en vehículos de competición
3 >> Características adicionales de los frenos
En los discos de los vehículos de competición se pueden observar agujeros
perforados y ranuras de pequeña profundidad llamadas biseles.
3.1 > Discos perforados
Las características de estos discos permiten la disipación de la temperatura alcanzada, ya que el aire generado durante la marcha del vehículo fluye
mejor por el interior del disco (figura 15.8).
Con este sistema se evitan alabeos del disco de freno que podrían producir
vibraciones en la frenada y transmitirse al volante.
Este tipo de configuraciones de disco normalmente se encuentra tanto en
discos de freno de acero convencionales, que no necesitan una temperatura de trabajo elevada, como en sistemas de frenos cerámicos o de carbono.
3.2 > Discos biselados
Los biseles que presentan este tipo de discos sirven para evacuar el subproducto creado por el desgaste de las pastillas de freno en la superficie de
rozamiento de estos discos (figura 15.9).
De esta forma, este tipo de discos facilitan la limpieza de la superficie de
contacto, mejorando ostensiblemente su capacidad de fricción con las pastillas de freno.
15.8 Disco de freno perforado.
15.9 Disco de freno biselado.
3.3 > Difusores
Un elemento que se utiliza cada vez más en los sistemas de frenado de los
vehículos de competición son los difusores.
Estos difusores están fabricados en carbono y su misión fundamental es
orientar el flujo de aire procedente de la marcha para refrigerar el sistema de frenado (figura 15.10).
15.10 Difusor de un freno de competición.
4 >> Rodamientos cerámicos en vehículos
de competición
Los rodamientos cerámicos están fabricados con aleaciones de elementos
cerámicos, salvo las bolas y las agujas, que son totalmente de acero.
4.1 > Ventajas de los rodamientos cerámicos
Este tipo de rodamientos se utiliza mucho en vehículos de media y alta
competición (figura 15.11), dadas sus diversas prestaciones:
– Gran resistencia al desgaste.
– Menor rozamiento en la rodadura del vehículo.
– Reducción de entre un 20 y un 30% del peso del conjunto de rodamientos.
– Mejor disipación del calor producido por el rodamiento.
– Menor dilatación interna al trabajar a temperaturas elevadas, con lo que
ofrece menor resistencia en estas situaciones.
– Mayor resistencia a la corrosión.
15.11 Rueda montada sobre rodamientos cerámicos.
4.2 > Proceso de fabricación de los rodamientos cerámicos
Los rodamientos cerámicos se fabrican aleando metales como el cromo, el
níquel, el magnesio y el titanio, y tomando como metal base el acero con
bajo contenido en carbono (menos del 0,15%).
Como elemento cerámico se utiliza el nitruro de silicio, que ofrece ventajas
en las aleaciones de gran dureza como bajo peso y escasa dilatación térmica, además de que no se ve afectado por campos electromagnéticos.
Los lubricantes que utilizan los rodamientos cerámicos son un tipo de
grasa sólida que ofrece al conjunto gran poder de lubricación incluso a
elevadas temperaturas.
Entre los lubricantes sólidos más utilizados en los rodamientos cerámicos
se encuentran el bisulfuro de molibdeno, la grasa de grafito y el politetrafueroetileno (PTFE).
Unidad 15 - Transmisión y frenado en vehículos de competición
5 >> Neumáticos utilizados en competición
Los neumáticos forman parte esencial del comportamiento del vehículo,
tanto durante la tracción como en el momento de realizar frenadas.
Aquaplaning
5.1 > Tipos de neumáticos para competición
Los neumáticos utilizados en competiciones automovilísticas pueden clasificarse en neumáticos para pista seca y neumáticos para pista mojada.
Neumáticos para pista seca
Se llama aquaplaning al fenómeno por el
cual los neumáticos no son capaces de
expulsar el agua de la calzada y flotan
sobre la misma, perdiéndose así la tracción y la direccionabilidad del vehículo.
Estos neumáticos ofrecen su máximo rendimiento con la pista seca, pero
pierden buena parte de sus prestaciones en condiciones de lluvia. Se pueden clasificar en n
(lisos) y n
En condiciones secas, los neumáticos slicks (figura 15.12) ofrecen entre un
10 y un 12% más de adherencia que los acanalados, ya que presentan
mayor superficie de contacto con el suelo.
Neumáticos para pista mojada
Estos neumáticos presentan unas acanaladuras especiales pensadas para
evacuar el agua (figura 15.13). Además, el material que los forma está diseñado para las bajas temperaturas que se dan en las condiciones de lluvia.
Sin embargo, su comportamiento en pista seca es muy deficiente.
15.12 Neumático slick.
15.13 Neumático para pista mojada.
5.2 > Compuestos utilizados en los neumáticos
Según los compuestos utilizados en los neumáticos, estos se clasifican en:
–N
están formados por materiales blandos que propician un gran agarre pero se desgastan a gran velocidad. Teóricamente,
son ideales para circuitos donde exista gran número de curvas, ya que
aseguran una mejor tracción y una mejor frenada.
–N
poseen un nivel de adherencia y un desgaste
inferior que los neumáticos blandos.
–N
están fabricados con materiales duros, cuya característica más importante es su gran durabilidad, aunque presentan un
nivel de adherencia inferior a los demás.
Hinchado de competición
En competición se utiliza nitrógeno para
hinchar los neumáticos, ya que este gas
presenta una mejor estabilidad ante
cambios de temperatura en el interior
del neumático, disminuyendo el riesgo
de reventón.
6 >> Cajas de cambios de accionamiento manual
en vehículos de competición
Vocabulario
Temple: proceso de endurecimiento del
hierro en el que este se eleva a altas
temperaturas y se enfría rápidamente.
Cementación: proceso de endurecimiento del acero que se basa en añadir
mayor cantidad de carbono a dicho
material.
En los vehículos de competición se montan cajas de cambios de tipo manual,
normalmente en vehículos de rallies, o cajas de cambios robotizadas, que son
como las manuales pero accionadas electrónicamente (figura 15.14).
Las cajas de cambios manuales de competición son muy parecidas a las de
los coches de calle. La principal diferencia es la utilización de piñones de
dentado recto, ya que transmiten entre un 3 y un 5% más de par motor,
aunque se aumente el ruido en el engranado de las velocidades y disminuya la fiabilidad. Para mejorar dicha fiabilidad se emplean aleaciones más
robustas y se realizan procesos de cementación y temple en su fabricación,
que confieren a los piñones una dureza extrema.
15.14 Caja de cambios de un vehículo de competición.
6.1 > El estudio del circuito para configurar las relaciones
de transmisión
A la hora de obtener buenos resultados en la competición, es importante
estudiar el circuito donde se va a realizar la carrera para determinar las
relaciones de transmisión más adecuadas, y así conseguir el máximo rendimiento del vehículo.
Para llegar a la mejor configuración de las relaciones de cambio tendremos que tener en cuenta los siguientes factores:
1. E
la pendiente
media y la pendiente máxima.
2. E
dado que buscaremos la
aceleración en la salida de las mismas.
3. E
ya que si son curvas
cerradas habrá que reducir la velocidad de entrada, con lo que interesaría una relación intermedia algo corta para la fácil aceleración a la
salida de la misma.
4. L
ya que, dependiendo de la longitud de las rectas, se buscará la inserción de una última marcha con una relación de transmisión más larga que aporte una
mayor velocidad punta.
Unidad 15 - Transmisión y frenado en vehículos de competición
7 >> Los encargados de las carreras
En una carrera de vehículos de alta competición es necesario que un gran
equipo de personas haga que el evento salga adelante con las garantías de
calidad y seguridad que imponen los distintos organismos organizadores,
principalmente la Federación Internacional de Automovilismo (FIA).
7.1 > El comisario técnico
El comisario técnico de carrera tiene la obligación de cumplir y
hacer cumplir el reglamento de la carrera.
Entre las revisiones más importantes que debe hacer un comisario técnico se encuentran las siguientes:
– Comprobar que no se cometan infracciones técnicas reflejadas
en el reglamento de la FIA.
– Comprobar que los vehículos participantes cumplan todas las
medidas de seguridad exigidas para la participación en la
competición.
– Informar a la organización de la carrera, en cuanto se le exija,
de cualquier situación o acontecimiento que haya ocurrido
durante el transcurso de la competición.
Al final de las carreras, también son los encargados de realizar
las verificaciones a los vehículos participantes. Los vehículos que
se verifican suelen ser los que han ocupado los tres primeros
puestos o el primero y dos escogidos al azar.
El comisario técnico debe estar federado y poseer el carnet que
acredita que está habilitado para realizar ese tipo de funciones.
El carnet se renueva anualmente.
7.2 > Otras figuras presentes en una carrera
Para la realización segura de una carrera automovilística no solo
existe la imagen del comisario técnico, sino que detrás de todo
el evento hay mucha más gente trabajando. Otras figuras que
podemos destacar en la organización de estos eventos son las
siguientes:
–C
son los encargados de verificar las
acciones de los pilotos durante la carrera para determinar las
posibles sanciones que pueden imponerse a pilotos o escuderías por incumplimiento del reglamento en este aspecto.
–D
es el encargado máximo de todo lo que
ocurre durante la carrera, llegando incluso a tener responsabilidades penales por lo ocurrido en dicho evento.
–C
tienen la misión de cronometrar el tiempo
de los diferentes participantes y de decidir el ganador de la
carrera en caso de que se dé un final ajustado.
–R
se encargan de la seguridad, el estado
y la conservación de los diferentes tramos del circuito donde
se va a celebrar la carrera.
Banderas
utilizadas en las carreras de la FIA
Bandera
Significado
Fin de la carrera
Precaución. No se puede
adelantar
Pista resbaladiza
Presencia del vehículo
de seguridad en pista
Fin del peligro.
Se reestablece
la normalidad
Parada inmediata
de la carrera
Se debe facilitar
el adelantamiento
Amonestación al piloto
Expulsión del piloto
El monoplaza presenta
una avería que no ha
detectado el piloto
Actividades finales
.: CONSOLIDACIÓN :.
1·· ¿Cuáles son las temperaturas de trabajo idóneas para los frenos cerámicos?
2·· ¿Cuál es el proceso de fabricación de un disco cerámico?
3·· ¿Cuáles son las ventajas de los frenos cerámicos respecto de los frenos convencionales?
4·· ¿De qué están compuestas las pastillas de freno de un conjunto de frenos cerámicos?
5·· ¿Cuáles son las principales causas del elevado coste de los sistemas de frenado cerámico?
6·· ¿Cuáles son las temperaturas de trabajo ideales para los frenos de carbono?
7·· ¿Cuáles son los inconvenientes de los frenos de carbono?
8·· ¿Qué objetivo tiene utilizar pinzas de varios pistones de accionamiento en los sistemas de freno?
9·· ¿Con qué elemento se suelen inflar los neumáticos de competición? Razona tu respuesta.
10·· ¿Cuáles son las ventajas de la utilización de los rodamientos cerámicos respecto a los convencionales?
11·· ¿Cuáles son los lubricantes sólidos más usuales utilizados en los rodamientos cerámicos?
12·· Indica cuáles son las funciones de un comisario técnico de carrera.
.: APLICACIÓN :.
1·· Busca en Internet más información sobre la preparación de un vehículo para la competición, por ejemplo referente a frenos, transmisión, motores o temas aerodinámicos. Haz una recopilación de la información
que encuentres y expónsela a tus compañeros de clase. La exposición debe durar entre 25 y 30 minutos, para
poder explicar a tus compañeros diferentes temas relacionados con la preparación de un vehículo para la
competición.
2·· Busca en Internet las posibles aplicaciones que tiene la fibra de carbono en el mundo de la competición,
tanto en automóviles como en motocicletas, y realiza un cuadro por categorías, es decir, en el sistema de
frenado, en la fabricación de la carrocería, etc.
Unidad 15 - Transmisión y frenado en vehículos de competición
Caso final
Sustitución del líquido de frenos en un vehículo de competición
·· Es muy importante mantener el sistema de frenado de los vehículos de competición en muy buenas condiciones, mejores incluso que en los vehículos de calle. Por ello, es fundamental el mantenimiento del fluido hidráulico en perfecto estado. Realiza la sustitución del líquido de frenos de un vehículo de competición.
Solución ··
Antes de empezar, tenemos que tener en cuenta que la mayoría de los vehículos de competición tienen
varias bombas de freno, con sus propios depósitos (figura 15.15).
Los pasos que tenemos que seguir para sustituir el líquido de frenos de un vehículo de competición son los
siguientes:
1. Vaciamos completamente el circuito hidráulico de líquido, ayudándonos de un equipo de vaciado. Primero
procedemos al vaciado del depósito del líquido de frenos y, posteriormente, abrimos todos los purgadores para extraer dicho líquido del interior del circuito.
2. Una vez vaciado por completo el circuito hidráulico, procedemos a llenarlo a través de los depósitos de
líquido de frenos (figura 15.16). Esta acción debe realizase con los purgadores abiertos para que vaya
saliendo el aire del interior del circuito.
3. Cuando hayamos vertido media botella de líquido de frenos, cerramos los purgadores.
4. Una vez cerrados los purgadores llenamos hasta arriba ambos depósitos.
5. Volvemos a aflojar los purgadores y extraemos el aire que quede en el interior del circuito con el equipo
de vaciado.
6. Cuando deje de salir aire del interior, observamos el nivel de los depósitos y, si es necesario, los rellenamos hasta la marca de máximo.
7. Arrancamos el vehículo de competición y comprobamos el correcto bloqueo de cada rueda del vehículo.
15.15 Bombas de freno separadas.
15.16 Llenado del circuito hidráulico de freno.
Ideas clave
Frenos
cerámicos
– Pastillas de freno
– Pinzas de freno
– Discos peforados
y biselados
Temperaturas de trabajo:
– Calle: 250-350 °C
– Competición: 400-450 °C
Frenado
Frenos
de carbono
– Disco de carbono
– Pastillas de carbono
– Superficie de fricción
mayor
Temperaturas de trabajo:
– 600-750 °C
VEHÍCULOS
DE
COMPETICIÓN
Rodamientos
cerámicos
Transmisión
Tipos
– De seco
– De mojado
Composición
– Blandos
– Intermedios
– Duros
Neumáticos
Cajas de
cambios
manuales
Unidad 15 - Transmisión y frenado en vehículos de competición
El sistema de recuperación de energía cinética (KERS)
Por fin el tan esperado post sobre el KERS, siglas para
denominar al Kinetic Energy Recovery System, o lo que
es lo mismo, el sistema de recuperación de energía cinética. La idea es tan sencilla como imaginarnos un dispositivo capaz de recuperar la energía cinética que se pierde en forma de calor en las frenadas, para acumularla de
algún modo y transformarla cuando nos convenga
(mediante un botón, por ejemplo) en energía mecánica
que ayude en la aceleración del monoplaza.
En principio, la idea generalizada que asocia el KERS a
una Fórmula 1 más verde no es del todo correcta, pues si
bien es cierto que se recuperará energía de las frenadas,
la misma no se utilizará para reducir los consumos de
combustible, sino para inyectar un extra de potencia
puntual cuando se necesite. Será una potencia «gratuita»
medioambientalmente, eso sí, pero mientras no haya
cambios de motorización, con KERS o sin KERS, los consumos y las emisiones será idénticos a los actuales.
De entrada, los 60 kw (unos 80 CV) adicionales que tendrán los pilotos en 2009 durante unos escasos 6,67
segundos pueden parecer poca cosa, pero pensemos que
2009 todavía no será un año en el que el KERS marque
diferencias reales a nivel energético, ni mucho menos.
Sin embargo, cuando lleguen en la próxima década los
motores limitados a 400 CV y la normativa permita al
KERS extraer energía de ambos ejes para aportar una
potencia adicional de cerca de 270 CV durante 8 segundos, disponer de un dispositivo eficiente será fundamental.
Ya que hemos mencionado entre líneas el necesario desarrollo del KERS, es poco comprensible que la FIA defienda a ultranza la reducción de costes para áreas como la
del motor y aventure a los equipos a invertir ingentes
cantidades de dinero en una tecnología novedosa en la
Fórmula 1 (aunque fue prohibida por la FIA en el 99
cuando Mario Illien diseñó un sistema hidráulico para
McLaren que le hubiera proporcionado 45 CV adicionales durante 4 segundos). Estamos todos de acuerdo en
que el reto es tecnológicamente interesantísimo, y que
los avances en este campo serán fácilmente trasladables
a los coches de calle, pero no olvidemos que los Williams,
Red Bull o Force India no se meten en la Fórmula 1 para
mejorar los coches de calle. En definitiva, es un claro
guiño a los fabricantes, y una nueva patada a los privados.
Centrándonos un poco más en el dispositivo en cuestión,
las alternativas que deben barajar todas las escuderías
son tres: un sistema mecánico, un sistema eléctrico o un
sistema neumático. Parece que la tendencia generalizada
será la opción mecánica, aunque pudiera ser que algún
equipo se descolgara en 2009 con una solución basada en
un motor eléctrico que almacenaría la energía en una
batería o un volante de inercia.
La opción mecánica tiene la ventaja de ser un sistema
mucho más compacto, ligero (20-25 kg) y eficiente, aunque cuenta con el inconveniente de tener que estar obligatoriamente ubicado cerca de la transmisión. Sin
embargo, aunque el sistema eléctrico es menos eficiente
energéticamente, pues la energía debe transformarse en
eléctrica y posteriormente en mecánica, con las consiguientes pérdidas, su gran ventaja radica en poder colocar el volante de inercia o la batería en el lugar deseado
del monoplaza, y eso a nivel de diseño integral puede ser
una gran ventaja. Además, la eficiencia energética no es
fundamental mientras el límite de energía por vuelta sea
de 400 kJ, muy inferior a la energía recuperable en frenada en la mayoría de los circuitos.
Para poner un ejemplo práctico de lo que sería un KERS,
os describo a continuación de una forma muy básica un
sistema mecánico diseñado a raíz de la colaboración de
tres empresas británicas (Torotrak, Xtrak y Flybrid
Systems), en el que ya se han interesado un par de escuderías. Su sistema está basado en un volante de inercia
acoplado a una CVT (transmisión continuamente variable): en función de la relación de transmisión escogida en
el CVT, el volante de inercia, fabricado en acero y fibra de
carbono, se acelerará para acumular energía cuando el
monoplaza esté frenando (¡el volante puede girar hasta
las 60.000 rpm!), o bien
se frenará cuando la esté
liberando a petición
del piloto.
Apéndice: nuevos sistemas de seguridad activa sobre el vehículo
>> Sistema de reconocimiento de señales de tráfico
El sistema de reconocimiento de señales de tráfico se instala en vehículos dotados de sistema antibloqueo de frenos.
Objetivo
El objetivo de este sistema es la reducción de los accidentes de tráfico producidos por la no visión
del conductor de las señales de tráfico (ceda el paso, stop, señales de velocidad, líneas marcadas en
el suelo...).
Funcionamiento
El principio de funcionamiento del sistema se basa en la inserción de una cámara panorámica de
alta resolución, integrada en la luna delantera del vehículo, que es capaz de captar 30 imágenes por
segundo y de procesarlas en la unidad de control electrónica.
Mediante esta cámara se detecta la señal de tráfico y, con los datos emitidos por los distintos sensores del vehículo, la unidad de control electrónica determina si se va a cumplir o no la acción indicada en dicha señal.
En el caso de que no vaya a cumplirse, el sistema puede proceder de dos maneras:
– Indica en el cuadro de instrumentos la señal de tráfico que no se está respetando acompañada de
una señal acústica para alertar al conductor de la infracción que se está cometiendo.
– Interviene sobre la electrobomba del sistema de frenos antibloqueo para forzar al vehículo a cumplir la señal que no se está respetando, inmovilizando el vehículo o reduciendo su velocidad. De
esta forma, se evita el riesgo que poseía la maniobra que iba a realizar el conductor. Esta acción no
la montan todos los vehículos con este sistema.
>> Ayuda al arranque en pendientes
El sistema de ayuda al arranque en pendientes se está implantando cada vez más en vehículos de
gama media-alta con frenos de estacionamiento eléctricos y sistemas antibloqueo de frenos.
Objetivo
El objetivo de este sistema es facilitar el arranque del vehículo en pendientes, ayudando al conductor a iniciar la marcha sin que el vehículo se desplace hacia atrás y se ocasione un accidente.
Funcionamiento
Los frenos de estacionamiento eléctricos son los encargados de realizar la acción de bloqueo del
movimiento durante el arranque.
El sistema se activa cuando el vehículo está detenido y el conductor mantiene pisado el pedal de
freno durante un espacio de tiempo de entre 2 y 3 segundos. La unidad de control eléctrica pasa
entonces a controlar el motor eléctrico del conjunto del freno de estacionamiento.
En el momento en que el conductor acelera levemente el vehículo, el potenciómetro situado en el
pedal del acelerador informa a la unidad de control de la intención de emprender la marcha, y en
consecuencia esta unidad desactiva el freno de estacionamiento.
Apéndice: nuevos sistemas de seguridad activa sobre el vehículo
>> Sistema City Safety
El sistema City Safety se instala en vehículos dotados de sistema antibloqueo de frenos.
Objetivo
El objetivo de este sistema es reducir considerablemente la velocidad del vehículo, e incluso detenerlo en
caso de que el sistema observe un riesgo real de colisión frontal.
Funcionamiento
Este sistema dispone de un sensor láser invisible, situado en la parte alta de la luna delantera o en la rejilla
frontal, que mide entre 40 y 50 veces por segundo la distancia que separa al vehículo del objeto que se
encuentra por delante de él (ya sea otro vehículo o un obstáculo). El sistema compara esta medición con la
velocidad a la que circula el vehículo y determina la acción que se debe realizar. En caso de peligro de colisión, actúa sobre el sistema de frenos antibloqueo activando la electrobomba para hacer funcionar los frenos y, a la vez, reducir el tiempo de inyección o incluso cortar momentáneamente el flujo de combustible.
El sistema dispone de un indicador en el cuadro de instrumentos que, junto con una señal acústica, avisa
al conductor de la activación del sistema.
Problemas
El sistema funciona deficientemente en condiciones de niebla de cierta densidad y nevadas intensas, ya que
se dificulta el funcionamiento del sensor láser, generándose frenadas incontroladas.
>> Sistema de frenos Sensotronic Brake de Mercedes-Benz
El sistema Sensotronic desarrollado por Mercedes-Benz combina un circuito de frenos hidráulicos con una
asistencia en la frenada regulable electrónicamente.
Objetivo
El objetivo de este sistema es mejorar la calidad de la frenada para obtener las siguientes ventajas:
– Reparto de la presión de frenada en las ruedas de forma que se obtenga el máximo rendimiento de los
cuatro discos de freno.
– Reducción de la distancia de frenado del vehículo entre un 3 y un 4%.
Funcionamiento
El propio conductor era hasta ahora quien decidía la fuerza de frenado que se aplicaba sobre los frenos.
Actualmente, sin embargo, sistemas como el ABS, el repartidor de frenada o el servofreno de emergencia
modifican la frenada para mejorar su calidad y seguridad. En el sistema Sensotronic, además, el conductor
indica con su actuación sobre el pedal de freno la intención de parar el vehículo, pero es el vehículo quien
decide la presión de frenado en función de la información recibida por los distintos sensores.
Las señales procedentes de los sensores del sistema llegan a la unidad de control electrónica y esta calcula
la fuerza de frenado que debe ejercerse sobre cada rueda.
La intensidad de frenada que envía el sistema depende de los siguientes elementos:
– La velocidad de cada rueda
– El giro del volante realizado por el conductor
– La aceleración lateral que experimenta el vehículo